Estudos sobre estruturas históricas de madeira: o Palacete da Quinta da Tranqueira

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UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO

ESTUDOS SOBRE ESTRUTURAS HISTÓRICAS DE MADEIRA:

O PALACETE DA QUINTA DA TRANQUEIRA

Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil

Joana Margarida dos Santos Lopes

Orientador: Maria Eunice da Costa Salavessa Coorientador: José Manuel Cardoso Xavier

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UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO

ESTUDOS SOBRE ESTRUTURAS HISTÓRICAS DE MADEIRA:

O PALACETE DA QUINTA DA TRANQUEIRA

Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil

Joana Margarida dos Santos Lopes 27794

Orientador: Maria Eunice da Costa Salavessa Coorientador: José Manuel Cardoso Xavier

Composição do Júri:

___________________________________________________

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______________________________________________________________________ iii

Índice Geral

AGRADECIMENTOS ... 3 RESUMO ... 5 ABSTRACT ... 7 Capitulo I - INTRODUÇÃO ... 9

I.1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 11

I.2 – ÂMBITO E OBJETIVOS ... 12

I.3 – METODOLOGIA ADOTADA ... 13

Capitulo II – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 15

II.1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 17

II.2 – ESTRUTURAS HISTÓRICAS DE MADEIRA/ ESTUDOS DESENVOLVIDOS ... 17

II.3 – RECOMENDAÇÕES ICOMOS DE ANÁLISE, CONSERVAÇÃO E RESTAURO DE ESTRUTURAS HISTÓRICAS DE MADEIRA... 20

II.4 – NORMAS TÉCNICAS ATUAIS ... 24

II.4.1 – Eurocódigo 5... 24

II.4.2 – EN 14081:2005 ... 25

II.4.3 – EN 338:2003 ... 27

II.4.4 – EN 408:2003 ... 27

II.4.5 – ISO 13822: 2001 ... 28

II.5 – ANÁLISES DESTRUTIVAS, SEMI - DESTRUTIVAS E NÃO -DESTRUTIVAS ... 31

II.6 – LITERATURA TÉCNICA SOBRE ESTRUTURAS OITOCENTISTAS . 36 II.7 – CARACTERISTICAS DA MADEIRA ... 45

II.8 – CONCLUSÃO DO CAPITULO II ... 54

Capitulo III – CASO DE ESTUDO ... 55

III.1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 57

III.2 – ANÁLISE HISTÓRICA DO PALACETE OITOCENTISTA DA QTA. DA TRANQUEIRA ... 57

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III.3 – ANÁLISE ARQUITETÓNICA E CONSTRUTIVA DO PALACETE DA

QTA. DA TRANQUEIRA ... 61

III.3.1 – Arquitetura ... 61

III.3.2 – Fundações (Estrutura e Revestimento) ... 81

III.3.3 – Paredes (Estrutura e Revestimento) ... 81

III.3.4 – Cobertura (Estrutura e Revestimento)... 86

III.3.5 – Pavimentos (Estrutura e Revestimento) ... 90

III.3.6 – Tetos (Estrutura e Revestimento) ... 92

III.4 – DIAGNÓSTICO DO ESTADO DE CONSERVAÇÃO DA ESTRUTURA DE MADEIRA DA COBERTURA ... 93

III.4.1 – Inspeção Visual ... 93

III.4.2 – Inspeção com Resistógrafo... 101

III.5 – CONCLUSÃO DO CAPITULO III ... 111

Capitulo IV – CAMPANHA EXPERIMENTAL ... 113

IV.1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 115

IV.2 – ENSAIOS MECANICOS ... 115

IV.2.1 – Material e Provetes ... 115

IV.2.2 – Procedimento experimental ... 118

IV.2.3 – Resultados e Discussão ... 125

IV.3 – CONCLUSÃO DO CAPITULO IV ... 130

Capitulo V – ANÁLISE NUMÉRICA ... 131

V.1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS... 133

V.2 – QUANTIFICAÇÃO DAS AÇÕES E COMBINAÇÕES DE AÇÕES ... 133

V.3 – ANÁLISE NUMÉRICA DA ESTRUTURA “REAL” ... 142

V.4 – CONCLUSÃO DO CAPITULO V ... 150

Capitulo VI – CONCLUSSÃO FINAL E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ... 151

BIBLIOGRAFIA ... 155

ANEXOS ... 161

ANEXO I - TABELAS DOS RESULTADOS DAS REAÇÕES ATUANTES NA ESTRUTURA “REAL” ... 163

ANEXO II – TABELA REFERENTE À VERIFICAÇÃO DA ESTRUTURA “REAL” DA EN 1995-1:2004/A1:2008 ... 165

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Índice de Figuras

Figura 2. 1 - Tradução do Fluxograma geral de avaliação de estruturas existentes [Fonte:

Anexo B ISO 13822:2001] ... 30

Figura 2. 2 - Imagem da utilização do resistógrafo [Fonte: Rinn, 1994] ... 32

Figura 2. 3 - Pormenorização da agulha do resistógrafo [Fonte: Rinn, 1994] ... 32

Figura 2. 4 - Diagrama de um resistógrafo [Fonte: Rinn, 1994] ... 33

Figura 2. 5 - Disparo e Leitura da penetração da vareta do Pilodyn [Fonte: Louzada, Gaspar e Bento, s.d.] ... 34

Figura 2. 6 - Imagem do Ultrassom [Fonte: Feio, 2005] ... 35

Figura 2. 7 - Corte transversal e pormenor do Castelo Sully-Sur-Loire [Fonte: Viollet-le-Duc, 1859] ... 37

Figura 2. 8 - Corte longitudinal do Castelo Sully-Sur-Loire [Fonte: Viollet-le-Duc, 1859] ... 38

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] ... 39

Figura 2. 10 - Carpintaria de cobertura. [Fonte: Rondelet, 1810] ... 40

Figura 2. 11 - Carpintaria de cobertura. [Fonte: Rondelet, 1810] ... 41

Figura 2. 12 - Carpintaria de cobertura do Teatro da Ópera de Paris, Rua de Rechelieu. [Fonte: Rondelet, 1810] ... 41

Figura 2. 13 - a), b), c), d) Juntas; e) tirantes em ferro forjado; f) «Sistems do Coronel Emy» [Fonte: Salavessa, 2011] ... 42

Figura 2. 14 - Natureza elástica de uma peça de madeira [Fonte: Martins, 2010] ... 46

Figura 2. 15 - Diagrama tensão/deformação do aço [Fonte: Martins, 2010] ... 47

Figura 2. 16 – Madeira Castanea Sativa Mill. (Castanheiro Bravo) [Fonte: Carvalho, 1997] ... 48

Figura 2. 17 - Estrutura do lenho de uma folhosa [Fonte: LNEC-E31, 1955] ... 49

Figura 2. 18 - Anéis de Crescimento [Fonte: adaptado de Louzada J.L., 2003] ... 50

Figura 2. 19 - Secção Transversal de um tronco [Fonte: LNEC E-31, 1955] ... 50

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Figura 2. 21 - Tipos de fendas [Fonte: LNEC E-31, 1955] ... 52

Figura 2. 22 - Tipos de nós [Fonte: LNEC E-31, 1955] ... 53

Figura 3. 1 - Qta. da Tranqueira [Fonte: Real, 1999] ... 57

Figura 3. 2 - Palacete da Qta. da Tranqueira antes [Fonte: Cordeiro, 1960]... 58

Figura 3. 3 - Palacete da Qta. da Tranqueira em 1999 [Fonte: Real, 1999] ... 58

Figura 3. 4 - Casa do Porto do Visconde de S. João da Pesqueira, vista lateral... 60

Figura 3. 5 - Casa do Porto do Visconde de S. João da Pesqueira, vista da frente... 60

Figura 3. 6 - Localização geográfica, vista aérea do edifício em estudo [Fonte: Google Earth] ... 61

Figura 3. 7 - Delineamento do perímetro envolvente ao Palacete ... 62

Figura 3. 8 - Fotografia e Levantamento Geométrico Alçado Norte ... 64

Figura 3. 9 - Fotografia e Levantamento Geométrico do Alçado Sul ... 65

Figura 3. 10 - Fotografia e Levantamento Geométrico do Alçado Nascente ... 66

Figura 3. 11 - Fotografia e Levantamento Geométrico do Alçado Poente ... 67

Figura 3. 12 - Fotografia e Levantamento Geométrico do Alçado Sul da Casa do guarda ... 68

Figura 3. 13 - Planta do Piso das Caves e Lagares ... 69

Figura 3. 14 - Planta do Piso Intermédio (Piso da cozinha e salões) ... 70

Figura 3. 15 - Planta do piso superior (localização da estrutura de madeira... 71

Figura 3. 16 - Planta da Cobertura ... 72

Figura 3. 17 –Levantamento geométrico: Corte AB ... 74

Figura 3. 18 – Levantamento geométrico: Corte CD ... 75

Figura 3. 19 - Levantamento geométrico: Corte EF ... 75

Figura 3. 20 - Levantamento geométrico: Corte GH ... 76

Figura 3. 21 - Levantamento geométrico: Corte IJ (Casa do Guarda) ... 76

Figura 3. 22 - Planta Invertida de toda a estrutura de madeira da cobertura ... 77

Figura 3. 23 – Levantamento geométrico da estrutura da cobertura: Corte AB... 78

Figura 3. 24 – Levantamento geométrico da estrutura da cobertura: Corte CD... 78

Figura 3. 25 - Levantamento geométrico da estrutura da cobertura: Corte EF ... 79

Figura 3. 26 - Levantamento geométrico da estrutura da cobertura: Corte GH ... 79

Figura 3. 27 – Levantamento geométrico da estrutura da cobertura: Corte IJ ... 80

Figura 3. 28 – Levantamento geométrico da estrutura da cobertura: Pormenorização das ligações da asna ... 81

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Figura 3. 30- Fachada de alvenaria de pedra de xisto e tabique ... 83

Figura 3. 31 - Paredes interiores em alvenaria de pedra de xisto (esquerda) e tabique (direita). ... 84

Figura 3. 32 - Revestimento em cal pintada de amarelo ... 85

Figura 3. 33 - Revestimento em cal pintada de vermelho ... 85

Figura 3. 34 - Papel de parede em tom azulado... 86

Figura 3. 35 - Telhado de ardosia [Fonte: Segurado] ... 87

Figura 3. 36 - Madeiramento do telhado para pregagem da ardosia... 88

Figura 3. 37 - Cobertura de ardósia ... 89

Figura 3. 38 - Tipos de ardósia: A – retangular, B – semi-circular, C – agival e D – poligonal [Fonte: Segurado, 1949] ... 89

Figura 3. 39 - Tipo de ardósia existente no edifício ... 90

Figura 3. 40 - Pavimentos de madeira... 91

Figura 3. 41 - Diferentes tipos de tetos do Palacete... 92

Figura 3. 42 - Planta das asnas de cobertura ... 93

Figura 3. 43 – Fotografia da Asna 1 ... 94

Figura 3. 44 - Corte da Asna 1... 94

Figura 3. 45 - Fotografia da Asna 2 ... 95

Figura 3. 46 – Corte da Asna 2 ... 96

Figura 3. 51 – Inspeção visual com auxílio de martelo ... 101

Figura 3. 52 - Resistógrafo ... 102

Figura 3. 53 - Ficha de campo para o estado de conservação da estrutura ... 103

Figura 3. 54 - Referência das perfurações do resistógrafo na estrutura ... 104

Figura 3. 55 – Perfuração e leitura do Ponto 1 ... 105

Figura 3. 56 - Perfuração e leitura do Ponto 2 ... 106

Figura 3. 59 - Ponto 4, ligação entre pendural e nivel ... 108

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Figura 4. 1 - Geometria do Provete LR de tração [Fonte: Pereira, 2005] ... 116

Figura 4. 2- Geometria do Provete LR de flexão [Adaptado da fonte: Pereira, 2005] . 116 Figura 4. 3 - Geometria do Provete LT de tração [Adaptado da fonte: Pereira 2005].. 117

Figura 4. 4 - Geometria do Provete LT de flexão [Adaptado da fonte: Pereira, 2005] 117 Figura 4. 5 – Máquina de Ensaios Universal INSTRON 1125 com amarras de cunhas deslizantes para os ensaios de tração ... 119

Figura 4. 6 – Máquina de ensaios Universal INSTRON 1125 com acessório de três pontos para os ensaios de flexão ... 119

Figura 4. 7 - Provetes LT de tração paralela às fibras ... 121

Figura 4. 8 - Provetes LR de tração paralela às fibras ... 121

Figura 4. 9 - Provete "off-axis" [Fonte: Garrido, 2004] ... 122

Figura 4. 10 - Bolachas dos provetes "off-axis" [Fonte: Garrido, 2004] ... 123

Figura 4. 11 - Provetes "off-axis" ensaiados ... 123

Figura 4. 12 - Provetes LR depois dos ensaios de flexão... 124

Figura 4. 13 - Provetes LT depois dos ensaios de flexão ... 125

Figura 5. 1 – Espaçamentos entre asnas (4,5 metros) e entre madres (1,5 metros) ... 134

Figura 5. 2 - Aplicação dos valores da Ação permanente ... 135

Figura 5. 3 - Aplicação dos valores da Ação da Sobrecarga ... 136

Figura 5. 4 – Lado menor, b = 7.74 (esquerda) e Lado maior, a = 12.87 (direita) ... 137

Figura 5. 5 - Aplicação dos valores da Ação do Vento... 138

Figura 5. 6 – Coeficientes µ para coberturas isoladas [Fonte: Reis, Farinha e Farinha, 2007] ... 139

Figura 5. 7 - Aplicação dos valores da Ação da Neve ... 139

Figura 5. 8 – Aplicação dos valores da Combinação da Ação Sobrecarga Variável .... 140

Figura 5. 9 - Aplicação dos valores da Combinação da Ação Base Vento ... 141

Figura 5. 10 - Aplicação dos valores da Combinação da Ação Base Neve ... 141

Figura 5. 11 – Estrutura da Asna em estudo com referência aos nós (vermelho) e aos membros (preto). ... 143

Figura 5. 12 – Diagrama de Esforços para a Combinação Ação Base Sobrecarga ... 144

Figura 5. 13 – Deformada da Estrutura para a Combinação Ação Base Sobrecarga ... 145

Figura 5. 14 - Diagrama de Esforços para a Combinação Ação Base Neve ... 146

Figura 5. 15 - Deformada da Estrutura para a Combinação Ação Base Neve ... 147

Figura 5. 16 - Diagrama de Esforços para a Combinação Ação Base Vento ... 148

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Índice de Tabelas

Tabela 1 – Levantamento das anomalias da Asna 1 ... 95

Tabela 3 - Levantamento das anomalias da Asna 3 ... 98

Tabela 5 - Propriedades Elásticas da madeira Castanheiro Bravo ... 126

Tabela 6 - Propriedades de corte da madeira Castanheiro Bravo ... 127

Tabela 7 - Proprieda de flexão da madeira Castanheiro Bravo ... 128

Tabela 8 - Classes de resistência – Valores característicos [Fonte: Adaptação de EN 338:2003] ... 129

Tabela 9 - Dados relativos à estrutura da cobertura em estudo necessários para o cálculo dos coeficientes de pressão. ... 137

Tabela 10 - Valores dos coeficientes de pressão ... 137

Tabela 11 - Dados necessários ao cálculo do coeficiente µ ... 138

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Agradecimentos

Agradeço a todos os que contribuíram para a realização da presente dissertação, destacando assim:

A minha Orientadora Professora Doutora Maria Eunice da Costa Salavessa, pelo apoio, interesse e toda a disponibilidade sempre manifestada na orientação e construção deste trabalho.

Ao meu Coorientador Professor Doutor José Manuel Cardoso Xavier, pela ajuda, ensinamento e empenho na realização da campanha experimental sobre os provetes de madeira, no departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro.

Aos colegas dos Departamentos e Laboratórios de Engenharia Civil e Engenharia Mecânica, pela ajuda e disponibilidade na realização da campanha experimental deste trabalho.

Um especial agradecimento ao Professor Tiago Ilharco, pelo apoio, paciência, disponibilidade e pelos sábios concelhos, fundamentais na realização da análise numérica pelo método de elementos finitos.

Ao Professor Luís Martins pela ajuda, recetividade, apoio e deslocação ao Palacete para a realização do ensaio do resistógrafo; e ao Professor José luís Louzada, ambos docentes nesta Universidade, pela disponibilidade e recetividade na identificação da espécie de madeira da estrutura em estudo neste trabalho.

Ao Topógrafo, Sr. José Gramaxo, pela excelente qualidade no levantamento topográfico e geométrico, disponibilidade, rapidez e simpatia.

Ao Sr. Armindo pela paciência, simpatia e dedicação na realização dos provetes de ensaio para a campanha experimental.

Ao Sr. Manuel José Madureira Mateus, atual proprietário do Palacete e da Quinta da Tranqueira, pela simpatia e por me permitir fazer este estudo no Palacete como fonte para a presente dissertação.

À Doutora Maria dos Anjos Tulha, diretora da Biblioteca Municipal de São João da pesqueira e funcionários, pelo auxílio, disponibilidade e simpatia na recolha de informação acerca da Quinta da Tranqueira e seus proprietários.

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Ao Doutor Artur Oliveira, Técnico Superior do Património da Camara Municipal de São João da Pesqueira, pela disponibilidade, simpatia e auxílio na recolha histórica do Palacete da Quinta da Tranqueira.

Um especial reconhecimento ao amigo Tiago Teixeira pela ajuda e paciência.

Termino com o meu profundo agradecimento à minha família e amigos pelo incentivo e compreensão na realização desta dissertação.

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Resumo

Este estudo incide essencialmente sobre o comportamento estrutural de asnas de cobertura do século XIX, do Palacete da Quinta da Tranqueira, em S. João da Pesqueira. Asnas sem linha, como as que foram objeto de estudo, exercem esforços horizontais sobre as paredes de suporte que podem ocasionar movimentos nessas paredes. A longevidade das referidas asnas deve-se, principalmente, ao bom estado de conservação e á resistência das espessas paredes de apoio, em alvenaria de xisto. Os membros estão ligados por juntas simples de madeira, típicas das estruturas históricas de carpintaria, ou por pregos de ferro. Um projeto racional de estrutura de madeira de uma cobertura tem influência no bom comportamento estrutural da mesma, implicando: estabilidade, baixa rigidez, forças de tenção mínimas nas juntas, e forças horizontais mínimas das asnas atuando sobre os elementos de suporte. Verificou-se que estas asnas não apresentam perda de verticalidade nem risco de deslizamento e as dimensões são suficientes para garantir a estabilidade do conjunto. Foram identificadas cargas verticais e assimétricas. A análise numérica das suas propriedades baseada numa asna sem linha, de vão médio, foi uma das técnicas de avaliação utilizada sobre a estrutura da cobertura, cujo objetivo foi tentar criar uma ferramenta para obter um melhor entendimento sobre este tipo de asnas.

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Abstract

This study mainly focuses on the structural behavior of lattice covering the nineteenth century, Palacete da Quinta daTranqueira in S. João da Pesqueira .

Trusses off line, such as those under study exert horizontal forces on the supporting walls that can cause movements in these walls. The longevity of these trusses is due mainly to the good state of repair and the resistance of the thick supporting walls, masonry shale. The members are connected by simple wood joints, typical of historic structures carpentry, or iron nails. A rational design of wooden frame cover has a good influence on the structural behavior of the same, implying: stability, low stiffness, minimum nance forces in the joints, and minimum horizontal forces acting on the girders supporting elements. It was found that these trusses have no loss or risk of vertical sliding and the dimensions are sufficient to guarantee the stability of the assembly. Vertical and asymmetrical loads were identified.

Numerical analysis of their properties based on a truss without line, will average, was one of the valuation techniques used on the roof structure, whose goal was to try to create a tool for a better understanding of this type of truss.

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Capitulo I

Introdução

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I.1. Considerações Iniciais

Segundo João Appleton, o estudo dos edifícios antigos apresenta um interesse crescente, dada a evidente importância que tem vindo a ser atribuída à conservação do património construído, entendido de forma muito mais geral do que a simples visão conservacionista de monumentos e edifícios públicos de grande importância.

Aceita-se hoje, que esse património, engloba, não só os edifícios monumentais, como palácios, igrejas, castelos, conventos, mas também os edifícios habitacionais, industriais e comerciais, que ajudam a entender e a representar as formas como ao longo do tempo o homem se organizou, viveu e trabalhou.

O edifício antigo é aquele que foi construído antes do advento do betão armado como material estrutural dominante, ou seja, antes do aparecimento do cimento, recorrendo-se portanto, a materiais e tecnologias tradicionais para a construção dos diferentes elementos construtivos, tais como, a madeira, a pedra, a areia, o barro e a cal que foram utilizados ao longo do tempo, sem grandes alterações. Portanto, regista-se que os edifícios antigos têm, qualquer que seja a sua idade, já cumprida a função para que foram construídos, admitindo-se que o tempo médio esperado para a vida útil será 50 anos. Representando já uma parte do património construído, contendo em si mesmos parte da história do homem. (Appleton, 2003)

A madeira constitui o principal material na execução dos pavimentos, tanto no que se refere aos elementos estruturais como não estruturais, e das coberturas, com revestimento de telha cerâmica, de soletos cerâmicos ou de ardósia, predominando, como solução estrutural, a asna de madeira, objeto de estudo deste trabalho.

A madeira foi, provavelmente, o primeiro material estrutural utilizado pelo homem. Capaz de resistir quer à compressão quer à tração, a madeira é mais versátil nas aplicações estruturais do que a terra e a pedra, outros dois materiais que, no entanto, só resistem à compressão.

Constitui hoje, um material com potencialidades renovadas no domínio da criação arquitetónica e estrutural, nada justificando a atual dependência relativamente ao betão armado. Portugal tem tardado a ultrapassar essa fase, sendo o país da Europa onde o consumo de cimento per capita é mais elevado.

A utilização da madeira (se explorada de forma racional e sustentável), contrariamente ao betão armado, tem um impacto ambiental muito reduzido, podendo até contribuir

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para o reequilíbrio do ecossistema e para a recuperação da paisagem construída. (GECoRPA, 2000)

I.2. Âmbito e Objetivos

As asnas sem linha, que aparecem em Portugal desde o séc. XVI, e que integram um edifício do séc. XIX, objeto deste estudo, de influência francesa, de vão de 6,5m, representam uma herança cultural ainda por explorar. Pretendeu-se criar uma base de dados com os princípios de construção utilizados ou sobre a maneira como suportavam as cargas previstas. Devido a esta ausência de conhecimento, as instâncias que tutelam o património carecem de meios para a fase de decisão e proposta de medidas de restauro de estruturas de coberturas. Qualquer alteração poderá introduzir danificação ou alteração do comportamento estrutural.

Foi levado a cabo um estudo com o objetivo de ir ao encontro do crescente interesse nestas asnas antigas e nos seus princípios construtivos, assim como contribuir para a sua preservação.

Pretendeu-se obter respostas quanto ao comportamento das referidas asnas sem nível, relativamente às cargas, à influência da geometria e do projeto, e estabelecer uma análise comparativa otimizada entre os diferentes resultados obtidos através de vários estudos qualitativos sobre este tipo de asnas.

A realização deste estudo pretende aprofundar o conhecimento sobre estruturas de madeira históricas, que de acordo com as normas europeias atuais, cuja aplicabilidade às estruturas antigas é, muitas vezes, contestável ou, pelo menos questionável, nomeadamente quanto à segurança e estabilidade, mas que serviram por muitos anos e ainda hoje estão de pé. Em operações de reforço estrutural de edifícios históricos, quando a sua segurança está em causa, esta deve prevalecer sobre os outros princípios básicos do respeito pelo património, como a autenticidade e a reversibilidade. Deve-se, no entanto, optar por uma solução o menos intrusiva possível, pouco agressiva dos valores históricos a preservar.

O principal objetivo deste trabalho é delinear uma abordagem para verificar a capacidade real e o comportamento estrutural de uma estrutura de cobertura de madeira de um edifício histórico da região duriense. Com o auxílio de ensaios semi-destrutivos feitos no local, ensaios destrutivos feitos no laboratório, e através da modelação numérica.

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I.3. Metodologia Adotada

A metodologia utilizada neste estudo segue uma ordem fundamental de recolha de informação sobre o tema, começando por estudar a situação do tema, recolhendo informação sobre o estado da arte, normas existentes que lidam com o problema da avaliação, conservação e restauro do património cultural em geral, ou mais especificamente de estruturas de madeira históricas; literatura técnica sobre as estruturas oitocentistas. Estes documentos servirão como base para propor uma metodologia para a avaliação de estruturas históricas de cobertura em madeira.

Numa segunda fase, uma aprofundada análise histórica, arquitetónica e construtiva do Palacete da Quinta da Tranqueira são também essenciais para determinar o estado de conservação do edifício e, especificamente da estrutura de madeira da cobertura.

Nesta fase foram realizadas visitas ao local e, para além de levantamento fotográfico foi feito o levantamento topográfico e geométrico de todo o edifício, sendo também realizado o ensaio no local através do resistógrafo.

No âmbito deste processo, é dada atenção a vários aspetos que têm um grande impacto sobre a avaliação do estado global da estrutura:

- Geometria de dados disponíveis; - Propriedades mecânicas do material;

- Modelação numérica do comportamento estrutural, com especial atenção sobre as articulações e condições de fronteira;

- Carga aplicada

O resultado do modelo numérico da estrutura depende das propriedades mecânicas da madeira utilizada. Quanto mais as propriedades mecânicas se aproximarem da realidade, melhor serão os resultados obtidos, convergindo para o comportamento real da estrutura. Essas características foram testadas em laboratório através da campanha experimental.

De um modo geral, o estudo do comportamento estrutural de asnas históricas coincide com os objetivos da intervenção de restauro. Deste modo não se alcança uma compreensão clara do comportamento estrutural dessas asnas. É difícil conduzir estudos comparativos devido à inter-relação entre estrutura e cargas. Neste estudo, tentou-se fazer uma aproximação em que foram definidos alguns aspetos do desempenho estrutural das asnas da Quinta da Tranqueira, relativamente a cada tipo de carga segundo um determinado conjunto de condições de suporte.

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Capitulo II

Revisão Bibliográfica

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II.1. Considerações Iniciais

Os estudos preliminares que integram, a situação do tema: a recolha de informação sobre o estado da arte, as normas existentes que lidam com o problema da avaliação, conservação e restauro do património cultural, neste caso especificamente, de estruturas de madeira históricas; literatura técnica sobre as estruturas oitocentistas.

II.2. Estruturas históricas de madeira/ Estudos

desenvolvidos

Foram realizados vários trabalhos de investigação, em edifícios específicos de estudo, demonstrados em artigos científicos, como é o caso dos artigos referenciados na bibliografia (Monteiro, et al. 2011; Machado, Lourenço e Palma, 2011; Örmecioğlu, 2011; Kasal, 2011), onde são estudadas as estruturas de madeira por diversos tipos de ensaios.

Maria Beatriz Bacellar Monteiro, em conjunto com outros investigadores, (Monteiro, et al. 2011) realizaram um processo de avaliação com o fim de analisar o estado de conservação da estrutura de madeira da cobertura da Igreja Matriz de Santo António da Cachoeira. São descritos os resultados de cada processo, incluindo a definição das características e anomalias estruturais e geometrias básicas encontradas, a biodeterioração das peças de madeira e as análises realizadas para avaliar a segurança estrutural das condições da cobertura. A Igreja Matriz de Santo António da Cachoeira, localiza-se na cidade de Piracaia, São Paulo, Brasil, foi construída no final do século XIX e tem uma nave central, altar, duas capelas laterais adjacentes, uma torre e um mezanino. A estrutura do telhado é constituída por doze vigas de madeira, suportadas por paredes de alvenaria. O arco da cobertura da nave central é de madeira e é suportado pelas paredes de alvenaria com ligação às treliças.

Realizou-se em primeiro lugar um diagnóstico para avaliar o estado da madeira estrutural e, posteriormente exames detalhados ao edifício para identificar os principais problemas. Com a identificação da espécie da madeira, obtiveram-se as características mecânicas desta, procedendo-se depois à análise estrutural, com simulações numéricas. Com os resultados obtidos concluiu-se que a conceção estrutural é insuficiente, uma vez que as respostas à flexão, deslocamentos horizontais nos apoios, reações horizontais nas

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paredes são muito sensíveis às condições de suporte. Foram observados ataques generalizados de térmitas de madeira seca sobre a estrutura da cobertura, o que contribui para a redução significativa da resistência à rigidez.

Concluindo-se assim que as condições de segurança estrutural não são adequadas, com um risco de falência generalizada, ou seja, as estruturas da cobertura estão em condições de “Instabilidade Estrutural”. Assim, neste tipo de estrutura, de teto central curvo, os suportes e a parede devem ter coeficiente de atrito, por exemplo, com dispositivos mecânicos, de modo a gerar reações horizontais.

José Machado, juntamente com Paulo Lourenço e Pedro Palma (Machado, Lourenço e Palma, 2011) discutem as possibilidades/vantagens de, usando uma abordagem probabilística, obter uma previsão mais fiável da referência das propriedades destes elementos de madeira. A abordagem apresentada combina informações de técnicas não-destrutivas comuns (NDT), tais como a avaliação visual e ultrassom, de testes semi-destrutivos (SDT), como a tensão em amostras de madeira. Uma aplicação desta abordagem de pinheiro bravo (Pinus pinaster Ait.) e castanheiro (Castanea sativa Mill.) com peças de dimensão estrutural.

Foi classificada a força visual de acordo com as normas adequadas, foram realizados testes de ultrassom, testes de flexão em quatro pontos e um ensaio à carga, este aplicado para obter o módulo global de elasticidade. Depois de obtidos os resultados, conclui-se que existe um benefício obtido a partir das técnicas semi e não destrutivas. No módulo de elasticidade, a aplicação das duas abordagens estudadas resultou um menor valor de tendência (erro médio próximo de zero) do que o simples uso de classes visuais ou classes de força. Portanto, os resultados obtidos com a aplicação das duas abordagens são promissoras, devido à semelhança com os resultados obtidos para o módulo de elasticidade e a correlação entre a força de flexão e o módulo de elasticidade à flexão.

Hilal Tuğba Örmecioğlu, em conjunto com outros investigadores (Örmecioğlu, 2011) realizaram a análise de elementos finitos em 3D da Mesquita Ahi Elvan, em Anatólia, com o objetivo de avaliar o seu comportamento estrutural e vulnerabilidade sísmica. Podendo concluir-se que as paredes de alvenaria com elevada rigidez têm protegido a estrutura de madeira interior dos efeitos de carga laterais, como o vento e os sismos. Estas paredes, que atuam como vigas verticais são muitas vezes mais grossas propositadamente, portanto mais rígidas para resistir a cargas verticais. O comportamento da estrutura contínua, suportado por vigas de madeira nas paredes de

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alvenaria torna os pilares de madeira em elementos estruturais que transportam principalmente cargas axiais, desde que não haja problemas de deformação devido à altura dos pilares, pois estes não transportam os momentos fletores significativos, podendo os problemas de deformação serem causados pela neve, cargas e condições de cargas inesperadas. São necessários alguns cuidados na preservação da madeira e principalmente nos detalhes das ligações, entre os elementos estruturais, para assegurar assim a continuidade do comportamento estrutural resistente ao sismo.

Bohumil Kasal (Kasal, 2011) discute os perigos associados com a avaliação das características mecânicas da madeira “in-situ”. A avaliação “in-situ” de estruturas de madeira é um aspeto importante da avaliação existente das estruturas de madeira. A madeira como se trata de um bio-material natural tem um número de propriedades que devem ser avaliadas, tanto qualitativa como quantitativamente. Parece que a avaliação visual, apesar de subjetiva, desempenha um papel fundamental na investigação de madeira “in-situ” e não pode ser substituída. Têm sido utilizadas várias tecnologias para a determinação das propriedades da madeira, a maioria delas indiretas. As medições de diversas quantidades físicas, mesmo métodos muito precisos, e inferências subsequentes sobre as propriedades do material estão contaminados por erros de várias fontes, fontes essas que precisam de ser consideradas na conceção da estratégia de investigação e avaliação dos dados. A origem dos erros nas estimativas de parâmetros de interesse deve ser identificada e quantificada.

Essa identificação tem de ser feita antes de qualquer investigação, deve ser realizada para que o plano experimental correto possa ser construido. No plano experimental, as perguntas fundamentais devem ser respondidas. Estas questões fundamentais incluem, ainda que não estejam condicionadas ao método utilizado, a localização e o número de medições efetuadas e os erros aceitáveis em estimativas. Vários métodos podem ser utilizados para aumentar a previsibilidade, mas a quantificação do efeito da utilização de vários métodos específicos sobre a previsibilidade precisa ser estudada.

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II.3. Recomendações ICOMOS de análise, conservação

e restauro de estruturas históricas de madeira

O documento elaborado pelo ICOMOS (Comité Cientifico Internacional para a Análise e Restauro de Estruturas do Património Arquitetónico), “Recomendações para a análise, conservação e restauro estrutural do património arquitetónico”, estabelece metodologias de análise racionais e métodos de intervenção apropriados ao contexto cultural, onde se insere o edifício objeto de conservação ou restauro. As recomendações são compostas por duas partes, na primeira parte estão presentes os princípios básicos da conservação, na segunda parte, interpretada como “guião”, estão descritas as regras debatidas e a metodologia que devem ser seguidas.

 Critérios Gerais

Como é referido no ICOMOS, “O objetivo de todos os estudos, investigações e intervenções é salvaguardar os valores históricos e culturais das construções como um todo”. É necessário uma abordagem multidisciplinar, que envolve uma diversidade de profissionais e organizações, onde o conhecimento científico, cultural e a experiência são indispensáveis no que diz respeito à conservação do património arquitetónico. Requer a combinação de dados qualitativos, estes baseados na observação direta da decadência material e danos estruturais, pesquisa histórica etc., bem como dos dados quantitativos, baseados em testes específicos e modelos matemáticos idênticos aos usados na engenharia moderna, que aumenta o grau de dificuldade na preparação de regras de projeto e regulamentos. “Se a falta de recomendações claras pode resultar facilmente em ambiguidades e decisões arbitrárias, também os regulamentos preparados para o projeto de estruturas modernas são frequentemente aplicados de forma inapropriada a estruturas históricas” (ICOMOS, s.d.)

As conclusões de fiabilidade incerta, que claramente são mostradas no relatório explicativo, tomam em consideração aspetos subjetivos implicados no estudo e na avaliação da segurança de um edifício histórico, as incertezas nos dados assumidos e as dificuldades de uma avaliação exata dos fenómenos.

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 Informação e Investigação

A investigação histórica tem como objetivo “a conceção e a importância da construção, as técnicas e a mão-de-obra utilizadas na sua execução, as alterações posteriores tanto na estrutura como na envolvente e quaisquer ocorrências que possam ter causado danos.” (ICOMOS, s.d.)

A inspeção visual da estrutura é uma fase fundamental, executada para se obter uma compreensão inicial da estrutura e indicar uma metodologia adequada às investigações posteriores. Tem como objetivo essencial a identificação das degradações e danos, para determinar se os fenómenos se têm estabilizado ou não e decidir se as medidas urgentes têm de ser tomadas ou não consoante a causa do risco imediato.

A investigação no local e ensaios em laboratório são efetuadas para identificar as características mecânicas, físicas e químicas dos materiais estruturais, as tensões, deformações e eventuais descontinuidades presentes na estrutura.

A monitorização estrutural é um instrumento útil, não só para obter informação vantajosa quando existe suspeita de fenómenos progressivos, mas também durante um processo faseado de intervenção estrutural. “Os sistemas de monitorização têm como objetivo o registo de alterações nas deformações, larguras de fenda, temperatura etc.” (ICOMOS, s.d.)

 Comportamento estrutural

O comportamento de uma estrutura é influenciado pelas características dos materiais, ligações entre diferentes elementos e diversos tipos de ações, tais como ações biológicas, químicas, mecânicas e físicas.

O modelo estrutural reproduz o estado atual do edifício, que leva em consideração qualquer alteração e degradação, como também a natureza das ligações, interação com o solo, fendas, esmagamento, etc. Trata-se de um esquema próximo da realidade, mas excessivamente complexo para calcular, e um esquema simples de calcular, mas demasiado afastado da realidade.

Deverão ser utilizadas as propriedades reais dos materiais, tendo em conta a degradação existente, em vez das características dos materiais especificadas no desenho primordial ou fornecido através de códigos.

“As ações são definidas como qualquer agente (forças, deformações, etc.) que produza tensões e deformações na estrutura e qualquer fenómeno (químico, biológico, etc.) que afete os materiais, normalmente reduzindo a sua resistência.” (ICOMOS, s.d.)

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As ações podem ser classificadas em mecânicas, ou seja, ações que atuam na estrutura, sendo estas estáticas ou dinâmicas, ainda as primeiras podendo ser diretas, i.e. onde se aplicam cargas, ou indiretas, i.e. aplicando tensões onde são impostas deformações. Ou ainda podem ser classificadas como ações físicas, químicas e biológicas, sendo que estas atuam sobre os materiais.

 Diagnóstico e avaliação da segurança

“O diagnóstico e a avaliação da segurança da estrutura são duas fases consecutivas e relacionadas, na base das quais é determinada a necessidade efetiva e a extensão das medidas de intervenção.” (ICOMOS, s.d.)

O diagnóstico tem como objetivo a identificação das causas de dano e degradação, estabelece a capacidade estrutural reunindo todos os dados adquiridos pela observação, pesquisa, ensaios laboratoriais, controlando resultados e análise estrutural. Por outro lado, a avaliação de segurança tem como objetivo analisar as condições atuais da estrutura e dos materiais para verificar as circunstâncias ao nível de segurança real. No que respeita à avaliação de segurança dois problemas têm de ser encarados, como a incerteza associada aos dados (ações, resistências, deformações, etc.), leis, modelos, hipóteses, etc., usados na investigação. E a dificuldade para representar os fenómenos reais de um modo exato. Por essa razão, os métodos quantitativos, tais como experimentais, matemáticos, etc., devem ser apoiados por aproximações qualitativas baseadas na pesquisa, observação da estrutura e testando as propriedades estáticas e dinâmicas da estrutura.

A decisão final a estabelecer no relatório explicativo, deve ser baseada nos resultados obtidos dessas diferentes aproximações.

Porém, a avaliação baseada na realização passada não é reconhecida pela ISSO como sendo um método adequado na avaliação de estruturas existentes, o conhecimento do ocorrido no passado pode ajudar a prevenir o futuro comportamento da estrutura e pode também fornecer um juízo exato do nível de segurança do edifício.

A abordagem analítica é feita através da utilização de métodos de análise estrutural, tratando-se de uma aproximação matemática com base em algumas hipóteses, por isso representa um método dedutivo. Contudo, existem ainda as incertezas acerca das características dos materiais, as simplificações adotadas e a representação imperfeita do comportamento estrutural, podendo conduzir, assim, a resultados que não são sempre fiáveis e diferentes da situação real.

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Mesmo quando os resultados obtidos da aproximação analítica não são muito exatos, o método analítico é um instrumento indispensável na avaliação da segurança, pois permite uma comparação entre os danos teóricos esperados e os danos observados no local, pode ainda indicar o fluxo de tensões e as áreas críticas possíveis.

Qualquer análise estrutural deve considerar o comportamento estrutural, as características dos materiais e as ações às quais a estrutura é submetida.

A extrapolação do conhecimento de estruturas semelhantes cujo comportamento estrutural já é compreendido poderia fornecer a aproximação analítica. Este método indutivo não é, contudo, inteiramente fiável, pois que é baseado em experiências e juízos pessoais. A aproximação analítica também pode ser fornecida através de ensaios laboratoriais específicos com o intuito de obter as propriedades estáticas e dinâmicas do material.

No relatório explicativo, devem ser claramente explicadas todas as considerações que levaram aos juízos finais sobre a avaliação. Deve ser considerado o fator tempo, tal como a referência de quando a intervenção deve ser aplicada.

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II.4. Normas técnicas atuais

II.4.1. Eurocódigo 5

Os Eurocódigos são documentos que visam a unificação de critérios e normas de cálculo e dimensionamento de estruturas de Engenharia Civil em toda a União Europeia. O Eurocódigo 5: Design of timber structures rege a utilização da madeira como elemento estrutural, e é composto por três partes:

 EN 1995-1-1 Design of timber structures – Part 1-1: General – Common rules and rules for buildings

 EN 1995-1-2 Design of timber structures – Part 1-2: General – Structural fire design

 EN 1995-2 Design of timber structures – Part 2: Bridges.

A abordagem será feita sob o enquadramento da nova versão do Eurocódigo 5 (EN 1995-1-1:2004). O conteúdo deste trabalho diz respeito à parte 1-1: Common rules and rules for buildings que inclui os requisitos de resistência mecânica, de manutenção e de durabilidade das estruturas de madeira, assim como a sua conceção.

A parte 1-1 do Eurocodigo 5 é composta por 10 secções: Seção 1: Generalidades

Seção 2: Base de dimensionamento Seção 3: Propriedades dos materiais Seção 4: Durabilidade

Seção 5: Base de análise estrutural Seção 6: Estados limites últimos Seção 7: Estados limites de utilizações Seção 8: Ligações metálicas

Seção 9: Componentes e montagem Seção 10: Detalhe e controlo estrutural

O Eurocódigo 5 aplica-se ao dimensionamento de edifícios e trabalhos de engenharia civil relativos à madeira (madeira sólida, serrada, lamelada colada ou produtos estruturais à base de madeira) ou a painéis articulados à base de madeira com ligações

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ou pormenores mecânicos. Cumprindo os princípios e normas de segurança e manutenção de estruturas e a base de dimensionamento e verificação empregada na EN 1990:2002.

Está presente no Eurocódigo 5 apenas a preocupação com os requisitos de resistência mecânica, manutenção, durabilidade e resistência ao fogo, assim como a conceção das estruturas de madeira. Outros requisitos, tais como, comportamento térmico ou isolamento acústico não são considerados.

II.4.2. EN 14081:2005

Esta norma, EN 14081:2005 foi efetuada pela Comissão Técnica CEN / TC 124 “Timber structures”, cujo secretariado é realizada pela AFNOR. Veio substituir a EN 518: 1995 e a EN 519:1995. Especifica os requisitos para a classificação visual e por máquinas para estruturas de madeira de secções retangulares transversais, tratada ou não tratada.

A presente norma não abrange madeira com tratamento de retardantes de fogo, nem nós articulados de madeira.

A norma EN 14081 é constituída pelas seguintes partes:

 EN 14081-1, Timber structures - Strength graded structural timber with rectangular cross section - Part1: General requirements.

 EN 14081-2 Timber structures - Strength graded structural timber with rectangular cross section - Part 2: Machine grading; additional requirements for initial type testing.

 EN 14081-3 Timber structures - Strength graded structural timber with rectangular cross section - Part 3: Machine grading; additional requirements for factory production control.

 EN 14081-4 Timber structures - Strength graded structural timber with rectangular cross section - Part 4: Machine grading; grading machine settings for machine controlled systems.

Existem dois importantes métodos para a classificação das peças estruturais de madeira, a classificação visual (“visual grading”) e através de máquinas (“machine grading”). A classificação através de máquinas, Machine grading é de uso comum em alguns países. São usados dois sistemas básicos, previstos como “output controlled” e

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“machine controlled”. Ambos os sistemas exigem uma inspeção visual para atender a força de redução de características que não são detetadas automaticamente pela máquina.

O sistema de saída controlada, “output controlled” permite que o sistema seja controlado por testes de amostras de madeira, testes esses que, juntamente aos procedimentos estatísticos, são usados para monitorizar e ajustar as configurações da máquina para manter as propriedades de resistência necessárias para cada classe de resistência. Com este sistema é permitida a aprovação da máquina para que os requisitos sejam menos exigentes e para as máquinas do mesmo tipo que têm desempenho diferente. Este sistema controlado foi desenvolvido na Europa.

Existem diferentes regras de classificação visual para a madeira utilizadas na Europa. Estes vieram para permitir a existência de:

- Diferentes espécies ou grupos de espécies; - Origem geográfica;

- Diferentes requisitos dimensionais; - Requisitos para diferentes espécies; - Qualidade do material disponível; - Influências e tradições históricas.

Devido à diversidade das regras de classificação visual existentes em diferentes países, é atualmente impossível estabelecer um conjunto único de regras aceitáveis para todos os Estados-Membros.

Os requisitos estabelecidos nesta Norma Europeia sobre regras de classificação visual, pretende fornecer princípios básicos, que devem ser seguidos na elaboração dos requisitos para limites de algumas das características. A madeira deve ser visualmente classificada de acordo com o padrão de classificação que atenda aos requisitos constantes do anexo A presente na norma.

No que diz respeito à classificação visual nesta norma é necessário respeitar:

-Se o grau e espécie têm sido atribuídos a uma das classes de resistência dada pela EN 1912, os valores característicos para as propriedades são as indicadas para a classe de resistência atribuído na EN 338, caso contrário, são determinado em conformidade com a norma EN 384.

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II.4.3. EN 338: 2003

Esta norma EN 338:2003, elaborada pela Comissão Técnica CEN/ TC 124 “Timber structures”, substitui a EN 338:1995. Trata-se de uma norma que estabelece os valores característicos de resistência, rigidez e densidade para as classes de resistência e refere as equações que relacionam os valores característicos. Esta norma aplica-se a toda a madeira de fibra longa e fibra curta para uso estrutural.

Os valores característicos da resistência à flexão, módulo de elasticidade (médio) em flexão e densidade para as espécies de madeira em causa são determinados de acordo com a EN 384.

II.4.4. EN 408:2003

Esta norma, EN 408:2003, substitui a EN 408:1995 e a EN 1193:1997. Esta edição da norma acrescenta um módulo global de elasticidade à flexão, enquanto não é encontrado o módulo de elasticidade através da realização de ensaios. Também inclui os métodos para a determinação da resistência ao corte e propriedades mecânicas perpendiculares às fibras.

Os valores obtidos, em qualquer determinação, das propriedades da madeira dependem dos métodos de ensaio utilizados. É, por conseguinte, desejável que esses métodos sejam normalizados, de modo a que os resultados obtidos de diferentes laboratórios possam ser correlacionados. Além disso, com a adoção do estado limite em projeto e com o desenvolvimento da tensão na classificação visual e através de máquinas, a atenção estará cada vez mais centrada na determinação e acompanhamento das propriedades de resistência e a variabilidade da madeira em tamanhos estruturais. Pode ser realizado de forma mais eficaz, se os dados de base estiverem definidos e obtidos sob as mesmas condições.

Esta Norma Europeia especifica os métodos de ensaios para a determinação de algumas propriedades físicas e mecânicas da madeira maciça e madeira lamelada colada em tamanhos estruturais. Os métodos não estão destinados para a classificação da madeira ou para um controle na qualidade.

Os métodos de ensaios referidos nesta norma permitem determinar o módulo de elasticidade em flexão, módulo de rigidez, resistência à flexão, módulo de elasticidade

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na direção das fibras, força de tensão paralela às fibras, módulo de elasticidade de compressão paralela às fibras, força de compressão paralela às fibras, módulo de elasticidade em tensão perpendicular às fibras, força de tensão perpendicular às fibras, módulo de elasticidade de compressão normal às fibras, força de compressão perpendicular às fibras e resistência ao corte. Além disso, são especificadas a determinação das dimensões, o conteúdo de humidade e densidade de provetes.

A escolha de qual método usar depende do objetivo da investigação e do equipamento disponível, sendo necessário reconhecer que os métodos podem não dar os mesmos resultados.

É de notar a obtenção das vantagens existentes nos resultados dos ensaios, sendo possível obter informação adicional sobre as características do comportamento dos provetes testados, especialmente nas secções de fratura. Geralmente, essa informação adicional inclui características dos nós, inclinação das fibras, taxa de crescimento, diminuição, etc., em que as regras de classificação visual e força, indicam parâmetros, tais como o módulo de elasticidade.

Os métodos são aplicáveis a formas retangulares e circulares (de secção transversal substancialmente constante) de madeira maciça e madeira laminada colada sem juntas.

II.4.5. ISO 13822:2001

A International Organization for Standardization (ISO) fornece um procedimento para seguir na elaboração da avaliação de estruturas existentes (edifícios, pontes, estruturas industriais, etc.) baseado em princípios de segurança estrutural e mecanismos de rotura de fracasso, ISO 13822:2001 “Bases for design of structures – Assessment of existing structures”, baseada na ISO 2394.

Esta norma é aplicável para qualquer tipo de estruturas existente que foram originalmente projetadas, analisadas e especificadas, baseadas segundo princípios aceites da engenharia e/ou regras de projeto, bem como estruturas construídas com base em bom artesanato, experiencia histórica e pratica profissional aceite. É também aplicável para estruturas de qualquer espécie de material.

Destina-se a servir de base ao desenvolvimento de padrões nacionais. O procedimento de avaliação da estrutura é composto por passos subsequentes onde é considerada a situação real da estrutura. Os objetivos de avaliação devem ser especificados no início, esses objetivos são baseados em níveis de cumprimento da segurança, função contínua e de exigências especiais.

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Os cenários relacionados com a alteração das condições estruturais, ou ações, devem ser especificados no plano de segurança para identificar as possíveis situações críticas da estrutura. Então, deve ser feita uma avaliação preliminar, onde está incluído o estudo dos documentos e outra evidência, a inspeção preliminar, testes preliminares, obtendo-se assim a recomendação de uma avaliação detalhada. Caso a avaliação preliminar indique que a estrutura está em condição de perigo, devem ser tomadas ações imediatas. A avaliação detalhada exige uma pesquisa mais completa e revisão de documentos. Se não há dúvida nos detalhes e dimensões da estrutura, bom como nos valores característicos das propriedades dos materiais obtidos nos documentos, por outro lado, esta informação precisa de ser determinada através de uma inspeção detalhada e testes dos materiais. As ações serão determinadas de acordo com a ISO 2394, onde as propriedades da estrutura são obtidas por uma análise estrutural detalhada, através da inspeção, ou em caso de este último não ser fiável, através de testes. Tomando assim em consideração a deterioração do material, onde uma análise estrutural será executada para determinar os efeitos das ações na estrutura.

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Figura 2. 1 - Tradução do Fluxograma geral de avaliação de estruturas existentes [Fonte: Anexo B ISO 13822:2001]

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II.5 Análises destrutivas, semi-destrutivas e

não-destrutivas

 Análises destrutivas

É exemplo de avaliação destrutiva, o ensaio à tração e o ensaio à flexão, pois trata-se de ensaios laboratoriais onde os provetes de ensaio utilizados ficam totalmente ou parcialmente destruídos e inutilizados, ocorrendo alteração nas propriedades mecânicas, físicas ou químicas.

- Ensaio de tração

O ensaio de tração trata-se de um teste laboratorial em que um provete está sujeito a um esfoço, que tende a alongar o provete, até que este atinja a rutura. As deformações causadas com este ensaio são uniformemente distribuídas em todo o provete. A carga que é aplicada no provete cresce lentamente até que este atinja a rotura, fazendo com que seja possível medir a resistência do material. A carga máxima suportada pelo material é atingida quando o provete começa a ser alongado ou quando há uma diminuição de seção.

- Ensaio de flexão

O ensaio de flexão trata-se da aplicação de uma carga em determinados pontos de um provete, onde a carga inicial parte de um valor igual a zero, aumentando lentamente até à rotura do mesmo. Determina o módulo de rotura, a resistência à flexão e o módulo de elasticidade (módulo de Young). Trata-se de um ensaio laboratorial podendo ser um ensaio de flexão em três pontos, sobre um provete-viga, bi-apoiada com aplicação de carga no centro da viga. Ou um ensaio de flexão de quatro pontos, que, de acordo com a EN 408, onde duas cargas pontuais são impostas numa viga com dois apoios. Entre estas duas cargas, o diagrama de curvatura é constante, como resultado, a viga irá falhar no seu ponto mais fraco entre os pontos de aplicação, devido à força aplicada dos valores da deflexão, podendo ser estabelecida a estática do módulo de elasticidade.

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 Análises semi-destrutivas

É exemplo de avaliação semi-destrutiva o resistógrafo e o Pilodyn, tratam-se de testes para o controlo de qualidade da madeira, realizados com o objetivo da deteção da falta de homogeneidade ou verificação da presença de imperfeições na madeira, sem prejudicar a posterior utilização da mesma.

- Resistógrafo

Figura 2. 2 - Imagem da utilização do resistógrafo [Fonte: Rinn, 1994]

O princípio de medição no qual é baseado o resistógrafo foi inventado e patenteado em 1985 por Kamm e Voss. (Rinn, 1994)

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O resistógrafo é um equipamento de perfuração portátil e acessível, mede a resistência de perfuração. Através de uma agulha fina (3 mm de diâmetro), que penetra a madeira com velocidade de rotação constante e relaciona a energia consumida com a resistência de perfuração.

Com as leituras do resistógrafo é possível estimar algumas características mecânicas da madeira, avaliar o estado de conservação dos elementos estruturais e definir secções residuais úteis. Nos nós resultará uma maior resistência relativa, enquanto que nos vazios conduz a uma redução da resistência devido a diferentes ataques de insetos. A perfuração na direção transversal dará um menor padrão de resistência uniforme do que em sentido longitudinal, devido à diferente consistência dos anéis de crescimento da madeira.

As perfurações são quase impercetíveis e sem qualquer influência na resistência mecânica da peça, fazendo com que seja dos instrumentos mais utilizados na inspeção de estruturas de madeira.

Figura 2. 4 - Diagrama de um resistógrafo [Fonte: Rinn, 1994]

A partir dos diagramas pode ser obtida uma referência da densidade relativa, a qual está relacionada com a resistência mecânica.

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34 - Pilodyn

O Pilodyn é um método rápido e barato de estimar diretamente a densidade. Trata-se de um equipamento de penetração da madeira, através uma vareta de aço com cerca de 2,5 mm de diâmetro impulsionada por uma mola que emite uma força constante, cuja profundidade de penetração é, em princípio, inversamente proporcional à densidade da madeira. (Louzada, Gaspar e Bento, s.d.)

Figura 2. 5 - Disparo e Leitura da penetração da vareta do Pilodyn [Fonte: Louzada, Gaspar e Bento, s.d.]

 Análises não-destrutivas

É exemplo de avaliação não-destrutiva a inspeção visual, o ultrassom e métodos de vibração. O uso destas técnicas tem como vantagem a avaliação de todo o material, permitindo a sobreposição pequenos defeitos locais, o que pode reduzir a avaliação mecânica de toda a peça de madeira.

- Inspeção Visual

A inspeção visual está diretamente associada à análise não destrutiva, a fim de fornecer informações referentes às propriedades, desempenho ou condições do material e da estrutura inspecionada. (Branco, Piazza e Cruz, 2010)

Trata-se da base de qualquer análise de estruturas tradicionais de madeira, permitindo a deteção da deterioração externa da madeira, bem como danos mecânicos visíveis. A inspeção visual pode ser também utilizada para caracterizar a deterioração causada por condições climatéricas, tais como manchas de água sobre as superfícies expostas.

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A análise não destrutiva é feita através do uso de ensaios não destrutivos realizados na madeira em estudo. Trata-se de testes para o controlo da qualidade da madeira, realizados para a deteção de defeitos e da falta de homogeneidade do material, através de princípios físicos definidos, sem prejudicar a posterior utilização do material inspecionado.

- Ultrassom

O ultrassom é baseado na relação entre a velocidade de propagação das ondas e as propriedades da madeira. Este método é eficaz na determinação de algumas propriedades mecânicas da madeira, tais como, módulo de Young e a densidade.

Iniciaram-se estudos teóricos para a aplicação do ultrassom na madeira, apresentando algumas dificuldades devido às peculiaridades anatómicas do material. Os primeiros resultados experimentais utilizando o ultrassom foram obtidos por Waubke, na Alemanha, em 1983, em secções comerciais de 80 cm2. (Sandoz, 1989)

Esta técnica apresenta diversas vantagens, tais como baixo custo de aquisição do equipamento, isto quando comparado ao custo de máquinas de classificação automática, há também a facilidade de treinamento da mão-de-obra. Como se trata de uma técnica de avaliação não-destrutiva tem também a vantagem de analisar mecanicamente a madeira, sem provocar qualquer tipo de estrago na peça.

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II.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.

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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)

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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.

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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]

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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]