sistemas construtivos em madeira

SISTEMAS CONSTRUTIVOS MODERNOS EM MADEIRA

JOO TIAGO CARIDADE TORRES

Dissertao submetida para satisfao parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL ESPECIALIZAO EM CONSTRUES CIVIS

Orientador: Professor Doutor Jos Manuel Marques Amorim de Arajo Faria

JULHO DE 2010

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2009/2010 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tel. +351-22-508 1901

Fax +351-22-508 1446

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Editado por

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440

[email protected] http://www.fe.up.pt

Reprodues parciais deste documento sero autorizadas na condio que seja mencionado o Autor e feita referncia a Mestrado Integrado em Engenharia Civil - 2009/2010 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2010.

As opinies e informaes includas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respectivo Autor, no podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relao a erros ou omisses que possam existir.

Este documento foi produzido a partir de verso electrnica fornecida pelo respectivo Autor.

Sistemas construtivos modernos em madeira

Aos meus Pais


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AGRADECIMENTOS Terminada esta dissertao peremptrio referir algumas pessoas que foram determinantes durante todo o processo e que permitiram a realizao deste trabalho.

Aos meus pais pelos valores que me transmitiram e pela oportunidade e liberdade de traar o meu prprio caminho. minha famlia, o meu obrigado por todo o apoio e carinho dado ao longo do meu percurso acadmico, em especial ao Arquitecto Joo Torres, meu primo, e ao meu tio Eduardo Ribeiro, pelo apoio, pacincia e pelos conhecimentos que me transmitiram de forma a enriquecer esta obra.

Aos meus amigos, por toda a motivao e companheirismo demonstrado nos 5 anos em que crescemos juntos, em especial ao Ricardo Monteiro, Rben Guedes e Daniel Amado, pela disponibilidade e apoio na execuo deste trabalho.

minha namorada, Ins Madureira, pelos profundos conhecimentos de portugus, dedicao e imensa pacincia demonstrada nos momentos mais difceis.

Por fim, queria demonstrar a minha gratido ao Professor Doutor Amorim Faria, meu orientador, pela paixo que demonstra pela construo em madeira, em parte responsvel pela minha escolha no tema, e pelo apoio e compreenso com que me orientou durante os ltimos meses.

A todos, o meu sincero obrigado.

Ttulo do Trabalho - Arial 8pt itlico

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RESUMO A madeira, como material, teve sempre uma grande importncia para o Homem. Em qualquer lugar do mundo, onde existisse material orgnico disponvel, um novo tipo de habitao era inventado.

Durante sculos, a madeira manteve o seu estatuto como um dos materiais principais na construo de edifcios at ao inicio do sculo XX, em que emerge o beto armado apoiado no reconhecimento das suas propriedades, criao de bases de clculo e no desenvolvimento industrial.

A construo em madeira associada habitao continuou, no entanto a ser uma soluo muito adoptada nos Estados Unidos da Amrica, Norte da Europa e Japo. Actualmente, esta indstria encontra-se em expanso, surgindo renovada e apoiada nas crescentes preocupaes ambientais e noes de sustentabilidade, nas novas tcnicas de construo emergentes e na criao de novos materiais base de madeira que alargaram o mbito de aplicao desta indstria.

Esta dissertao tem como objectivo apresentar e analisar as novas metodologias de construo em madeira, procurando desmistificar as afirmaes que levaram ao seu declnio.

Nesse sentido, sero apresentadas de uma forma geral as tipologias de habitao em madeira mais comuns sendo focadas as construes prefabricadas em madeira ou derivados da madeira que utilizam modulao. Sero dados exemplos representativos do tipo de casas prefabricadas utilizadas no mercado nacional e internacional recorrendo a uma caracterizao das solues mais comuns e o seu mbito de aplicao.

Numa fase posterior do trabalho apresentado o projecto de uma habitao unifamiliar com dois pisos sendo apresentadas as principais caractersticas e bases de concepo se for adoptada uma construo prefabricada em madeira ou uma construo em beto armado e alvenaria de tijolo (casas em alvenaria). Para avaliar a viabilidade dos novos sistemas foi realizada uma anlise tcnico-econmica comparativa da performance de uma construo prefabricada em madeira e outra em beto e alvenaria de tijolo. A anlise tcnica foi realizada segundo exigncias de estabilidade, habitabilidade e exigncias de durabilidade. Paralelamente, foi feita uma pesquisa de mercado para obteno de preos dos sistemas construtivos em estudo e realizada a anlise econmica para avaliar a competitividade das novas solues. Todas as concluses obtidas neste trabalho so apresentadas no ltimo captulo denominado Concluses.

Em anexo so apresentados quadros com as principais caractersticas dos materiais utilizados nos sistemas prefabricados em anlise.

PALAVRAS-CHAVE: Casas prefabricadas em madeira, Sustentabilidade, Modulao, Casas em alvenaria, Anlise tcnico-econmica.


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ABSTRACT Wood, as a material, has always had a great deal for Man. Anywhere in the world, wherever there was organic material available, a new kind of housing was invented.

For centuries, wood has retained its status as one of the main materials in building construction until the beginning of the twentieth century in which concrete emerges supported in the recognition of their properties, new created calculation bases and the industrial development.

The wooden construction related to housing has nevertheless remained to be a much adopted solution in the United States of America, Northern Europe and Japan. Nowadays, this industry is growing, emerging refreshed and supported by the growing environmental concerns and notions of sustainability, in the new emerging construction techniques and the creation of new wood-based materials which broadened the scope of this industry.

This dissertation aims to present and analyze new methods of wooden construction, while trying to demystify the claims that led to its decline.

Therefore, it will be presented in a general way the most common wood housing types focusing in the prefabricated constructed houses using wood or wood-based materials and modulation. There will be presented representative examples of the prefabricated houses used in domestic and international markets through a characterization of the most common solutions and its scope.

,Q DQ DGYDQFHG VWDJH RI WKH ZRUN LWV VKRZQ WKH GHVLJQ RI D WZR IORRU KRXVH SUHVHQWLQJ WKH NH\features and bases when adopted a prefabricated wooden building or another in reinforced concrete and brick masonry (Masonry Houses). To analyse the feasibility of the new systems it was carried out a technical and economical evaluation by comparing the performances of a prefabricated wooden building and a masonry house. The technical evaluation was performed according to requirements of stability, liveability and durability. At the same time, it was performed a market survey to obtain prices of the building systems in study and then performed an economical evaluation of the competitiveness of new solutions. All findings through the dissertation are presented in the last chapter called Conclusion.

In annex are provided tables containing the main characteristics of the materials used in the prefabricated systems under consideration.

KEYWORDS: Prefabricated wooden houses, Sustainability, Modulation, Masonry houses, Technical and economical evaluation.


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NDICE GERAL

AGRADECIMENTOS ................................................................................................................................... i

RESUMO ................................................................................................................................. iii

ABSTRACT ............................................................................................................................................... v

1. INTRODUO .................................................................................................................... 1 1.1. OBJECTO DE ESTUDO ...................................................................................................................... 1 1.2. BASES DO TRABALHO DESENVOLVIDO ........................................................................................... 2

1.3. ORGANIZAO DA DISSERTAO ................................................................................................... 2

2. EVOLUO DAS ESTRUTURAS DE MADEIRA ............................. 3 2.1. ENQUADRAMENTO HISTRICO ....................................................................................................... 3 2.2. TIPOS DE CONSTRUES EM MADEIRA .......................................................................................... 7 2.2.1. CASAS DE TRONCOS LOGHOMES................................................................................................... 7 2.2.2. CASAS COM ESTRUTURAS EM MADEIRA PESADA +EAVY TIMBER ..................................................... 8 2.2.3. CASAS COM ESTRUTURA EM MADEIRA LEVE /IGHT FRAMING ........................................................ 10 2.2.4. CASAS COM ESTRUTURA PREFABRICADA ......................................................................................... 13

3. MADEIRA MACIA E DERIVADOS ............................................................ 17 3.1. MATERIAIS E SOLUES ............................................................................................................... 17 3.2. MADEIRA MACIA .......................................................................................................................... 17 3.3. DERIVADOS DA MADEIRA............................................................................................................... 22

3.3.1. CONTRAPLACADO ........................................................................................................................... 23

3.3.2. CONTRAPLACADO LAMELADO .......................................................................................................... 23

3.3.3. AGLOMERADO DE FIBRAS DE MDIA DENSIDADE (MDF) ..................................................................... 24 3.3.4. AGLOMERADO DE PARTULAS LONGAS E ORIENTADAS (OSB)............................................................. 24 3.3.5. AGLOMERADOS DE PARTCULAS ....................................................................................................... 25

3.3.6. CARTO PRENSADO (PLATEX) ......................................................................................................... 26 3.3.7. LVL /AMINATED VENEER LUMBER ............................................................................................... 26 3.3.8. MADEIRA LAMELADA COLADA ........................................................................................................... 27


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4. SISTEMAS DE CONSTRUO PREFABRICADOS EM MDULOS DE MADEIRA ........................................................................................... 31 4.1. INTRODUO ................................................................................................................................. 31 4.2. AGEPAN SONAE SIERRA ........................................................................................................... 31 4.3. TREEHOUSE - JULAR .................................................................................................................... 33 4.4. KLH - TISEM ................................................................................................................................... 38

4.5. LAPPONIA HOUSE SPRING CONSTRUES, LDA ..................................................................... 42 4.6. ILEVELTM TRUS JOIST - GRUPO ICO ......................................................................................... 46 4.7. MODULAR SYSTEM ARQUIPORTO E GEOINVESTIMENTOS ....................................................... 48 4.8. SISTEMA DE CONSTRUO INDUSTRIALIZADO LEVE MESQUITA MADEIRAS, S.A. ................ 50 4.9. WOODLAM - IMOWOOD ................................................................................................................. 52 4.10. COMPARAO ENTRE SISTEMAS E ALTERNATIVAS ................................................................. 54 4.10.1. TOSCCA ....................................................................................................................................... 56

4.10.2. ARVESUND LIVING AB .................................................................................................................. 56

4.10.3. CASEMA ...................................................................................................................................... 56

4.10.4. RESUMO DAS EMPRESAS CONSTRUTORAS DE CASAS DE TRONCOS ................................................. 57

5. AVALIAO TCNICO-ECONMICA .................................................... 59 5.1. ORGANIZAO DO CAPTULO ....................................................................................................... 59 5.2. TIPOLOGIA DA HABITAO EM ESTUDO ....................................................................................... 59 5.3. DEFINIO DA CASA PADRO COM ESTRUTURA PREFABRICADA E EM ALVENARIA DE TIJOLO ............................................................................................................................................................... 61

5.3.1. FUNDAES .................................................................................................................................. 62

5.3.2. SUPERESTRUTURA ......................................................................................................................... 63

5.3.3. PAREDES EXTERIORES ................................................................................................................... 65

5.3.4. COBERTURA .................................................................................................................................. 68

5.3.5. ABERTURAS ................................................................................................................................... 70

5.3.6. PAVIMENTO .................................................................................................................................... 71

5.3.7. PAREDES INTERIORES .................................................................................................................... 73

5.3.8. INSTALAES E EQUIPAMENTOS ...................................................................................................... 74

5.3.8.1. Electricidade e sistemas anlogos ........................................................................................... 74

5.3.8.2. Rede de guas e saneamento .................................................................................................. 75

5.3.8.3. Sistemas de aquecimento ........................................................................................................ 76


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5.3.8.4. Rede de distribuio de gs ...................................................................................................... 77

5.3.8.5. Ventilao .................................................................................................................................. 77

5.4. ANLISE TCNICA .......................................................................................................................... 78 5.4.1. ESTABILIDADE ESTRUTURAL ............................................................................................................ 79

5.4.2. SEGURANA CONTRA RISCOS DE INCNDIO ...................................................................................... 81

5.4.2.1. Reaco ao fogo e Resistncia ao fogo .................................................................................... 81

5.4.2.2. Comparao entre sistemas ..................................................................................................... 83

5.4.3. SEGURANA NA UTILIZAO ............................................................................................................ 85

5.4.4. SEGURANA CONTRA INTRUSO ...................................................................................................... 85

5.4.5. ESTANQUIDADE GUA ................................................................................................................... 86

5.4.5.1. Estanquidade de aberturas e paredes ...................................................................................... 86


5.4.6. ESTANQUIDADE AO AR ..................................................................................................................... 87

5.4.7. CONFORTO TRMICO E POUPANA DE ENERGIA ................................................................................ 89

5.4.7.1. Conforto trmico ........................................................................................................................ 89

5.4.7.2. Isolamento trmico e poupana de energia .............................................................................. 90


5.4.8. PUREZA DO AR ................................................................................................................................ 93

5.4.9. CONFORTO ACSTICO ..................................................................................................................... 94

5.4.10. HIGIENE ....................................................................................................................................... 96

5.4.11. CONFORTO VISUAL ........................................................................................................................ 96

5.4.11.1. Planeza das superfcies e regularidade dos paramentos ....................................................... 97

5.4.11.2. Homogeneidade ...................................................................................................................... 97

5.4.11.3. Iluminao ............................................................................................................................... 97

5.4.11.4. Comparao entre sistemas ................................................................................................... 98

5.4.12. CONFORTO TCTIL ........................................................................................................................ 98

5.4.13. FACILIDADE DE LIMPEZA E MANUTENO ........................................................................................ 98

5.4.14. ADAPTAO UTILIZAO NORMAL ................................................................................................ 99

5.4.14.1. Aptido para fixar cargas suspensas ...................................................................................... 99

5.4.14.2. Incorporao de instalaes ................................................................................................... 99

5.4.14.3. Resistncia ao choque e abraso ........................................................................................... 99

5.4.14.4. Comparao entre sistemas ................................................................................................... 99

5.4.15. DURABILIDADE ............................................................................................................................ 100


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5.4.16. FACILIDADE DE TRANSPORTE ...................................................................................................... 101

5.4.17. FACILIDADE DE MONTAGEM E DESMONTAGEM .............................................................................. 101

5.4.18. SUSTENTABILIDADE .................................................................................................................... 101

5.5. ANLISE ECONMICA ................................................................................................................. 102 5.5.1. ORAMENTOS .............................................................................................................................. 103

5.5.1.1. Casa em alvenaria A .............................................................................................................. 103

5.5.1.2. Casa em alvenaria B .............................................................................................................. 103

5.5.1.3. Casa em alvenaria C .............................................................................................................. 104

5.5.1.4. Casa prefabricada D - Jular .................................................................................................... 105

5.5.1.5. Casa prefabricada E ............................................................................................................... 105

5.5.1.6. Casa prefabricada F ............................................................................................................... 106

5.5.1.7. Casa prefabricada em beto G ............................................................................................... 107

5.5.2. ANLISE DOS PREOS OBTIDOS .................................................................................................... 107

5.6. SNTESE DA ANLISE TCNICO-ECONMICA............................................................................. 108

6. CONCLUSO ................................................................................................................. 111

BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................................... 115


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NDICE DE FIGURAS

Fig.2.1 &RQVWUXo}HVVXEWHUUkQHDVRXSLW-KRXVHV ............................................................................... 3 Fig.2.2 Habitaes no Arquiplago Indonsio ...................................................................................... 4 Fig.2.3 Casa de troncos em Biscupin e muralha e torre do modelo a escala real ............................... 4 Fig.2.4 Edifcios em Estrasburgo, Frana ............................................................................................. 5 Fig.2.5 (VTXHPDGHXPDHVWUXWXUDHPJDLROD .................................................................................... 5 Fig.2.6 Paycockes House em Coggeshall no Essex e pormenor da fachada ...................................... 6 Fig.2.7 Esquema estrutural e exemplo de uma casa de troncos .......................................................... 7 Fig.2.8 Exemplos de troncos com superfcies planas ........................................................................... 8 Fig.2.9 Sistema porticado, esquerda, e Sistema Entramado, direita .............................................. 9 Fig.2.10 Prtico e respectivo pormenor ................................................................................................ 9 Fig.2.11 Exemplos de sistemas entramados ...................................................................................... 10 Fig.2.12 (VWUXWXUDHP%DOORoQ)UDPH ............................................................................................... 12 Fig.2.13 Esquema da estrutura em plataforma ................................................................................... 13 Fig.2.14 Habitaes construdas com painis de pequenas dimenses ............................................ 14 Fig.2.15 Iplantao da 1 fiada e colocao de um mdulo em obra ................................................. 14 Fig.2.16 Implantao dos apoios para sobreelevao e colocao do mdulo em obra ................... 15

Fig.3.1 Seco transversal de um tronco e planos da madeira .......................................................... 18 Fig.3.2 Coeficientes de retraco nas vrias direces (valores mdios do pinheiro bravo) ............. 19 Fig.3.3 Curva Higromtrica ................................................................................................................. 20 Fig.3.4 Variao da tenso de rotura x com a densidade do material e o teor de gua .................. 20 Fig.3.5 Degradao do rodape por aco de fungos .......................................................................... 21 Fig.3.6 Representao da alma num contraplacado .......................................................................... 22 Fig.3.7 Contraplacado ......................................................................................................................... 23 Fig.3.8 Lamelado ................................................................................................................................. 23 Fig.3.9 Painis de MDF com acabamento em madeira e coloridos ................................................... 24 Fig.3.10 Painel de OSB e uma das correntes aplicaes ................................................................... 25 Fig.3.11 Aglomerado de partculas ..................................................................................................... 26 Fig.3.12 Platex..................................................................................................................................... 26 Fig.3.13 Painis de LVL ...................................................................................................................... 27 Fig.3.14 Grfico de comparao das resistncias madeira macia_lamelado colado ....................... 28


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Fig.3.15 Caractersticas da madeira lamelada colada, GL24 e GL36, combinada e homognea .... 28 Fig.3.16 Pormenor de ligao e apoio ................................................................................................ 29 Fig.3.17 Aplicaes de madeira lamelada colada .............................................................................. 29

Fig.4.1 Painel de AGEPAN e exemplo de aplicao .......................................................................... 32 Fig.4.2 Fachada do Shopping Ptio Brasil, em Braslia, e interior do Shopping Estao Viana, em Viana do Castelo ................................................................................................................................... 34

Fig.4.3 Exemplo de mdulo isolado, sala de jantar S3, e de uma planta disponvel, T1.B ............ 35 Fig.4.4 Colocao dos mdulos em camies para transporte e implantao de do mdulo com recurso a grua ........................................................................................................................................ 36

Fig.4.5 Vigas Finnjoist e esquema de colocao utilizando estribo de fixao Simpson .................. 37 Fig.4.6 Piscina de ondas do parque ZMAR ........................................................................................ 38 Fig.4.7 Casas de madeira no complexo ZMAR .................................................................................. 38 Fig.4.8 Lamelas em grelha, X-LAM .................................................................................................... 39 Fig.4.9 Colocao das paredes prefabricadas em obra ..................................................................... 39 Fig.4.10 Pormenor da ligao fachada-laje ........................................................................................ 40 Fig.4.11 Planta do 3piso e perspectiva isomtrica seccionada do edifcio Murray Groove ............. 42 Fig.4.12 Construo do edifcio Murray Groove, com destaque para caixa de elevador e caixa de escadas, e aspecto final ........................................................................................................................ 42

Fig.4.13 Certificado Suomen Asiakastieto Oy .................................................................................... 43 Fig.4.14 Aspecto exterior das paredes do sistema Lapponia House ................................................. 43 Fig.4.15 Aspecto e pormenor construtivo de interseco de paredes ............................................... 44 Fig.4.16 Exemplo de modelo standard em catlogo .......................................................................... 45 Fig.4.17 Modelo Arctia 215 e Nordia 215 da Lapponia House........................................................... 46 Fig.4.18 Vigas TJI, LSL e PLS ........................................................................................................... 47 Fig.4.19 Aplicao do sistema Ilevel .................................................................................................. 47 Fig.4.20 Prmios da Weyerhaeuser por estratgias de sustentabilidade .......................................... 48 Fig.4.21 Planta e ilustrao 3D da soluo standard L.1+ ................................................................. 49 Fig.4.22 Exemplo de mobile home e srie nomad ............................................................................. 50 Fig.4.23 Simulao de uma planta realizada no site da empresa Mesquita Madeiras, S.A. ............. 51 Fig.4.24 Sede da Direco-Geral de Recursos Florestais do Centro ................................................ 52 Fig.4.25 Quadro de dimenses disponveis e provete exemplificativo dos eixos considerados ....... 53 Fig.4.26 Perspectiva 3D e planta do modelo T1 das casas modulares Imowood ............................. 54


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Fig.5.1 Planta do Rs-do-cho............................................................................................................ 60 Fig.5.2 Planta do 1 piso ..................................................................................................................... 61 Fig.5.3 Ensoleiramento geral .............................................................................................................. 63 Fig.5.4 Exemplos de sistemas de sobrelevao ................................................................................. 63 Fig.5.5 Colocao do sistema de drenagem ....................................................................................... 64 Fig.5.6 Execuo da primeira fiada e perfil transversal de uma soluo tipo ..................................... 64 Fig.5.7 Corte transversal de uma soluo tipo KLH e IMOWOOD ..................................................... 65 Fig.5.8 Ligaes horizontais e verticais por ligadores metlicos ........................................................ 66 Fig.5.9 Seco transversal de modelos de lambris e exemplo de aplicao ..................................... 67 Fig.5.10 Pormenor construtivo da parede exterior de alvenaria de tijolo ........................................... 67 Fig.5.11 Pormenor da ligao na cumeeira ........................................................................................ 68 Fig.5.12 Fixao dos caibros fachada ............................................................................................. 68 Fig.5.13 Ligao entre painis e armadura portante .......................................................................... 69 Fig.5.14 Perfil transversal de solues em cobertura plana e inclinada ............................................. 70 Fig.5.15 Pormenor construtivo da cobertura ....................................................................................... 70 Fig.5.16 Rosca de ajuste de assentamento ........................................................................................ 71 Fig.5.17 Ligao dos pavimentos fachada ....................................................................................... 72 Fig.5.18 Pormenor pavimento e camada de isolamento acstico ...................................................... 73 Fig.5.19 Parede interior, estilo tabique e sistema alternativo ............................................................. 73 Fig.5.20 Pormenor construtivo da parede interior de alvenaria de tijolo ............................................ 74 Fig.5.21 Instalao elctrica no rodap e moldura ............................................................................. 75 Fig.5.22 Juntas de assentamento ao nvel do pavimento e cobertura ............................................... 76 Fig.5.23 Chamin em alvenaria de tijolo e conduta metlica ............................................................. 76 Fig.5.24 Consequncia de incndio causado em chamin de conduta metlica ............................... 77 Fig.5.25 Fluxograma explicativo do modo de execuo de projectos de estruturas .......................... 80 Fig.5.26 Converso da classificao da reaco ao fogo .................................................................. 82 Fig.5.27 Velocidades de combusto ................................................................................................... 84 Fig.5.28 Vigas de ao e madeira aps incndio ................................................................................. 85 Fig.5.29 Penetrao da gua nas paredes por aco da gravidade .................................................. 86 Fig.5.30 Formas de humidificao de paredes em contacto com o terreno ....................................... 87 Fig.5.31 Resultado de ensaio de permeabilidade ao ar ..................................................................... 88 Fig.5.32 Curvas de satisfao de conforto trmico ............................................................................. 89 Fig.5.33 Propriedades trmicas de materiais de construo .............................................................. 90


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Fig.5.34 Valores de U mximos e de referncia ................................................................................ 91 Fig.5.35 Custos energticos ............................................................................................................. 108


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NDICE DE QUADROS

Quadro 2.1 Classificao de sistemas de construo em madeira (adaptado de [9]) ......................... 7

Quadro 4.1 Folha de propriedades do AGEPAN DWD ...................................................................... 33 Quadro 4.2 Propriedades do X-LAM ................................................................................................... 41 Quadro 4.3 Descries tcnicas da madeira lamelada [imowood] ..................................................... 53 Quadro 4.4 Quadro resumo dos sistemas construtivos modulares .................................................... 55 Quadro 4.5 Quadro resumo de empresas nacionais construtoras de casas de troncos .................... 57

Quadro 5.1 Parmetros urbansticos de maior relevo ........................................................................ 60 Quadro 5.2 Diviso de uma casa padro em rgos funcionais ....................................................... 62 Quadro 5.3 Exigncias de desempenho de um sistema .................................................................... 79 Quadro 5.4 Classes de reaco ao fogo ............................................................................................. 82 Quadro 5.5 Exigncias mnimas numahabitao unifamiliar .............................................................. 83 Quadro 5.6 Nveis de qualidade da envolvente opaca ....................................................................... 91 Quadro 5.7 Classificao da inrcia trmica ....................................................................................... 92 Quadro 5.8 Massa volmica dos materiais ......................................................................................... 93 Quadro 5.9 Concentraes mximas dos poluentes .......................................................................... 94 Quadro 5.10 Isolamento acstico das paredes exteriores em edifcios para habitao .................... 95 Quadro 5.11 Isolamento acstico de materiais de construo ........................................................... 95 Quadro 5.12 Exigncia de planeza ..................................................................................................... 97 Quadro 5.13 Classificao associada ao ensaio de choque com corpo duro de 0,5 kg .................... 99 Quadro 5.14 Custos finais do construtor A ....................................................................................... 103 Quadro 5.15 Custos finais do construtor B ....................................................................................... 104 Quadro 5.16 Definio de preos por zona ...................................................................................... 104 Quadro 5.17 Custos finais do construtor C ....................................................................................... 105 Quadro 5.18 Custos finais do construtor D ....................................................................................... 105 Quadro 5.19 Custos finais do construtor E ....................................................................................... 106 Quadro 5.20 Custos finais do construtor F ....................................................................................... 106 Quadro 5.21 Custos finais do construtor G ....................................................................................... 107 Quadro 5.22 Quadro de preos......................................................................................................... 107 Quadro 5.23 Resumo do desempenho comparativo entre solues ................................................ 109


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SMBOLOS E ABREVIATURAS

U - coeficiente de transmisso trmica [W/m2.C] R - resistncia trmica [m2.C/W] - coeficiente de condutibilidade trmica [W/m.C] It inrcia trmica [kg/m2] c - calor especfico [kJ/kg.K] - factor de resistncia de difuso ao vapor E - mdulo de elasticidade [GPa] KAR (knot area ratio) - ndice de ns [%] PSF - ponto de saturao das fibras [%] kmod - factor de correco que tem em conta a classe de servio de utilizao e a classe de actuao das aces

- massa volmica aparente [kg/m3] 0 - velocidade de carbonizao mdia [mm/min] Ia - isolamento aos sons areos [dB] R45 isolamento acstico da envolvente [dB] DPC - Directiva dos Produtos de Construo

ETA European Technical Approvals MDF - Medium Density Fiberboard

OSB - Oriented Strand Board

OMS - Organizao Mundial de Sade

PEFC - Programme for the Endorsement of Forest Certification

PMV - Predicted Mean Vote

PPD - Predicted Percentage of Dissatisfied


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1 INTRODUO

1.1. OBJECTO DE ESTUDO

O tema desta dissertao Sistemas Construtivos Modernos em Madeira.

A madeira , desde os primrdios da existncia humana, um material que acompanhou o Homem nas

vrias etapas da sua evoluo, contribuindo decisivamente para o desenvolvimento da Humanidade.

Devido s suas propriedades fsicas, facilidade de manuseamento e processamento, variedade de

formas e texturas, e abundncia, a madeira sempre demonstrou uma grande dinmica de utilizao

desde os utenslios mais bsicos (armas de caa, instrumentos de trabalho, instrumentos musicais,

etc.), at complexidade das construes para habitao.

Na construo, a utilizao da madeira esteve sempre ligada aos progressos tecnolgicos correntes, a

par do tijolo e da pedra. No inicio de sculo XX, com o aparecimento do beto armado, a utilizao

destes materiais entrou em declnio. Este facto est associado ao reconhecimento das potencialidades

do beto atravs de estudos patentes em muitos documentos publicados, e ao aumento das exigncias e

da complexidade das estruturas inerentes ao desenvolvimento industrial no incio do sculo. Desta

forma, o beto consolidou facilmente a sua posio como principal pilar da construo, associada ao

desenvolvimento industrial.

Este desenvolvimento remeteu a madeira para um papel secundrio, sendo utilizada quase

exclusivamente na construo de habitaes precrias ou instalaes auxiliares. Efectivamente, o

desenvolvimento industrial provocou um xodo das populaes do interior para as grandes cidades na

procura de melhores condies de vida. Para responder s crescentes necessidades de habitao,

adoptaram-se sistemas pr-fabricados de madeira pela sua rapidez de execuo. Esta utilizao da

madeira, arrunou a sua reputao e conferiu noes erradas relativamente s suas caractersticas

estruturais e durabilidade principalmente devido conteno de custos inerente s construes.

Os estigmas deste perodo permaneceram durante dcadas, principalmente no nosso pas, uma vez que

em pases desenvolvidos como os Estados Unidos, Norte da Europa e Japo, a madeira continuou a ter

relevncia nas construes para habitao. No entanto, num passado recente, a indstria associada

madeira emergiu como uma soluo construtiva vivel, suportada pelas crescentes preocupaes

ambientais, por novos processos tecnolgicos e pelo desenvolvimento dos derivados da madeira,

criados para eliminar defeitos (suprimir ns, fissuras existentes) e melhorar as propriedades da

madeira (estruturais e fsicas) consoante o objectivo da sua aplicao.

Paralelamente, foram realizados estudos que permitiram o esclarecimento de equvocos

frequentemente associados a estes sistemas construtivos no que refere principalmente s valncias

estruturais e de segurana contra incndios, tendo os resultados sido consagrados em regulamentos tal


2

como acontecera com o beto armado. Actualmente, esta indstria encontra-se numa fase de

consolidao, pois existe uma quantidade relevante de empresas que oferecem servios baseados nos

pressupostos anteriores.

Nesse contexto, o objecto da dissertao consiste na exposio de algumas solues de sistemas

construtivos modernos em madeira, apresentando as suas especificidades, avaliando a sua fiabilidade,

viabilidade e competitividade face aos restantes sistemas construtivos praticados actualmente.

Esta anlise focou-se na procura de solues prefabricadas em mdulos, de pequena dimenso, grande

dimenso e tridimensionais, sendo excludas todas as outras solues prefabricadas, como por

exemplo os prticos. Limitou-se igualmente esta anlise a habitaes unifamiliares ou multifamiliares

de altura reduzida (at 2 pisos).

1.2. BASES DO TRABALHO DESENVOLVIDO

O trabalho apresentado neste documento foi desenvolvido tendo como base outros trabalhos que

abordam as mesmas temticas aqui relatadas, diversas referncias bibliogrficas sendo as mais

relevantes a publicao do AITIM espanhol Casas de Madera [2] e a tese de Doutoramento do

Professor Doutor Amorim Faria Divisrias leves prefabricadas Concepo e avaliao da

viabilidade de um sistema realizado com base em madeira e derivados [1].

As informaes relativas aos sistemas construtivos relatados foram retiradas dos sites das empresas

responsveis pelos mesmos e de catlogos relativos aos sistemas.

1.3. ORGANIZAO DA DISSERTAO

A dissertao encontra-se organizada em seis captulos:

o captulo 1 denomina-se introduo e apresenta de forma sintetizada todo o contedo

deste documento;

o captulo 2 serve para apresentar o material em estudo, as suas propriedades e evoluo

dos sistemas inerentes ao longo do tempo;

no captulo 3 faz-se uma exposio da madeira como material e dos principais derivados

utilizados na construo;

no captulo 4 so apresentados alguns sistemas construtivos, segundo as suas

propriedades caractersticas e especificidades;

no captulo 5 faz-se um estudo paralelo, comparando um sistema construtivo

prefabricado em madeira e um empreendimento equivalente numa soluo tradicional em

alvenaria, segundo uma apreciao tcnico-econmica, utilizando para o efeito um caso

modelo;

o captulo 6, concluso, faz a sntese do que foi tratado nesta dissertao, apresentando as

principais concluses obtidas e alguns juzos sobre a indstria da madeira.


3

2 EVOLUO DAS ESTRUTURAS DE

MADEIRA

2.1. ENQUADRAMENTO HISTRICO

Desde que o Homem abandonou os buracos e grutas naturalmente escavadas nas rochas, que a madeira

o acompanhou como a matria-prima elementar a ser utilizada na construo dos seus abrigos.

Efectivamente, ao longo da histria encontramos registos de construes em madeira em todos os

lugares do mundo, o que permite concluir que, havendo a presena do Homem e de materiais

orgnicos aptos para a construo, algum tipo de estrutura de madeira se erguia.

Os vestgios arqueolgicos mais distantes demonstram que, no perodo neoltico cerca de 5000 a.C., j

se fabricavam construes utilizando troncos de madeira e alguns historiadores romanos defendem que

j naquela altura se construam casas utilizando troncos cortados em seco rectangular [8].

As primeiras habitaes em madeira, j datadas, so as denominadas construes subterrneas ou pit-

house. Este tipo de habitao caracterizado por resultar dum processo de escavao estando o seu

corpo abaixo do nvel do terreno. As paredes feitas de terra apresentam forma circular ou rectangular e

o telhado fica apoiado em troncos sustentados desde as paredes at um conjunto de troncos dispostos

perpendicularmente s paredes, e dispostos de forma a deixar uma abertura onde era colocada a escada

de acesso ao interior [10].

Fig.2.1 Construes subterrneas ou pit-house [11] [12]

Este tipo de edificao era habitual na Amrica do Norte e do Sul e nos povos anglo-saxnicos da

Europa e, a sua funo, ao contrrio do que se pensava no sc. XIX, no era exclusivamente de

habitao, sendo que em muitos casos eram utilizadas para armazenamento de alimentos ou como

local de convvio.


4

Os troncos que funcionam como suporte da cobertura foram o ponto de partida para as estruturas de

madeira concebidas e aperfeioadas durante os anos vindouros, de acordo com as ferramentas e as

novas tecnologias vigentes, respondendo s cada vez maiores exigncias das sociedades. A forma

como as estruturas se desenvolveram foi sempre condicionada por aspectos polticos e geogrficos e

sobretudo pelas caractersticas culturais das populaes.

Em alguns locais da sia, as habitaes demonstravam estticas impressionantes, celebrando a

influncia do mar e pesca nas suas vidas e o respeito pelos antepassados. No arquiplago da Indonsia,

as habitaes apresentavam a forma de embarcaes e a sua orientao Norte-Sul pretendia ser uma

aluso aos seus antepassados chineses e cambojanos.

Fig.2.2 Habitaes no Arquiplago Indonsio [8]

Estas casas construdas base de madeira e unidas entre si por fibras vegetais, alcanaram nveis de

solidez e de segurana estrutural to elevados que dificilmente a tecnologia moderna ter algo a

acrescentar, constituindo provavelmente o mtodo mais eficaz e econmico de utilizao de materiais

naturais.

Na Europa, a abundncia de bosques de conferas, a Norte e Este principalmente, levou a que a

madeira desde cedo se convertesse num material bsico para a construo. Em 700 a.C., existiu na

Polnia, em Biscupin, uma povoao constituda por casas de troncos. No incio do sculo XX, esta

povoao foi redescoberta, tendo sido criada uma reproduo a escala real que funciona actualmente

como museu a cu aberto, considerada como um dos parques arqueolgicos mais relevantes da Europa

[14], figura 2.3.

Fig.2.3 Casa de troncos em Biscupin [13] e Muralha e torre do modelo a escala real [14]


5

Mais a Norte, segundo documentos existentes, atesta-se a existncia de casas de madeira na Noruega

no sc. IV d.C. e que, na Escandinvia, a presena de casas de madeira com troncos dispostos

horizontalmente e verticalmente era frequente a partir do ano 1000 d.C. [8].

Neste caso, a disposio horizontal teve maior aceitao que a disposio vertical dos troncos devido

maior estabilidade estrutural. O principal inconveniente da disposio horizontal prende-se com a

estanquidade gua e ao vento. Devido aos precrios sistemas de acoplamento, no se verificava uma

correcta estanquidade da estrutura, procurando-se no entanto mitigar o problema atravs de telas

tecidas da cor da madeira ou de musgos, argila e terra, dependendo do oramento para a construo.

Estes problemas s foram solucionados no sculo XV com o desenvolvimento das tcnicas de

serragem. A utilizao da gua como fora motriz permitiu a obteno de tbuas grossas em que a

unio atravs de espigas se verificou muito eficaz. Estas observaes resultaram numa substituio

progressiva das casas de troncos por casas de tbuas ou troncos rectangulares.

Estes princpios funcionaram como rampa de lanamento para a arquitectura em madeira dos sculos

seguintes que, na sua fase de construo popular, alcanou nveis de performance e desenvolvimento

de tal forma impressionantes, que existem inmeros exemplares que, se perpetuaram at aos dias de

hoje.

Na Nova Guin existem igrejas com mais de 18 metros de altura e 30 de comprimento construdas

inteiramente em madeira. So obras arrojadas em que as coberturas so suportadas por pilares de

bambu firmemente cravados no solo. A construo sobre colunas est presente em praticamente todos

os continentes devendo-se a sua popularidade eficcia contra condies meteorolgicas adversas

(chuvadas) e ataques de animais.

Na Europa, embora j na idade do Bronze (3000-1500 a.C.) se utilizassem pranchas de formato

rectangular limitadas pelos meios precrios da altura, a arquitectura em madeira atingiu patamares de

performance superiores na poca medieval. Os principais avanos prendem-se com a utilizao de

corpos salientes em relao ao plano das paredes que permitem a reduo dos elementos que suportam

as cargas e facilitam a construo, e dum mtodo ingls que permitiu aumentar a dimenso em planta,

que consistia na utilizao de duas tbuas encurvadas unidas nos extremos por um cavalete e

estabilizadas por outra com resistncia traco colocada ao nvel do 1 andar.

Os avanos foram tais que, no final da idade mdia, se construam edifcios em madeira de 5 ou 6

andares com resistncias semelhantes a outros construdos em pedra e tijolo.

Fig.2.4 Edifcios em Estrasburgo, Frana [15] Fig.2.5 Esquema de uma estrutura em gaiola [9]


6

Outro aspecto interessante a versatilidade dos elementos utilizados nas paredes. Estas eram

construdas preenchendo os espaos existentes na madeira com areia ou argila, aplicando-se um

entrelaado de ripas e tecido firmemente preso estrutura, pelo interior e pelo exterior. Este sistema

foi naturalmente adoptado em Portugal, denominando-se por taipas no Porto, em aluso ao material

de preenchimento das paredes, e de gaiolas em Lisboa, derivando do francs colombage em

aluso ao aspecto da estrutura em madeira. [9]

No entanto, foi rapidamente substitudo por alvenarias e tijolo pois no apresentava a elasticidade

necessria para resistir s contraces e tores da madeira, estalando com facilidade.

Em pases como a Holanda ou Norte da Europa, a alvenaria comeou por ser a soluo adoptada

dando lugar ao tijolo, por este resultar em solues esteticamente mais atractivas. Dos vastos exemplos

destas solues pode-se salientar a Paycockes House, em Coggeshall, em que os tijolos esto dispostos

nas paredes em espinha de peixe, conforme est ilustrado na figura 2.6.

Fig.2.6 Paycockes House em Coggeshall no Essex e Pormenor da fachada [16]

Durante este perodo, as construes em madeira conheceram o seu apogeu que veio a culminar no fim

do sc. XIX e incio do sc. XX com o aparecimento do beto armado e a compreenso das suas

potencialidades. Este desenvolvimento est associado realizao de numerosas patentes relevantes

nomeadamente no que respeita a bases de clculo e a disposio de armaduras nos elementos

estruturais.

Em Portugal, o beto armado assume o papel de maior relevncia em relao aos materiais de

construo no inicio do sc. XX, impulsionado pela sediao da indstria de cimento em Portugal com

a criao da fbrica de cimento Tejo em 1894, e pela aprovao, em 1918, do 1 regulamento no

domnio do beto armado Instrues Regulamentares para o Emprego do Beton Armado [17].

Paralelamente, o desenvolvimento industrial provocou uma migrao das povoaes do interior para

as grandes cidades. Face s grandes necessidades de alojamento, promoveu-se a construo de

habitaes sociais utilizando pr-fabricados de madeira devido ao baixo custo e rapidez de execuo.

A madeira fica assim associada a habitaes de fraca qualidade, precrias prevalecendo essas noes

at aos tempos de hoje.

No entanto, em pases mais desenvolvidos, a madeira nunca perdeu a notoriedade adquirida sculos

atrs, sendo que nos Estados Unidos da Amrica, Pases Nrdicos e Japo, a madeira continua a ser o

material mais utilizado na construo (responsvel por cerca de 80% da habitao residencial).


7

No sul da Europa, as valncias atribudas durante o desenvolvimento industrial, comeam a ser

refutadas e as crescentes preocupaes ambientais promovem a madeira como material de construo

competitivo e com enormes potencialidades.

2.2. TIPOS DE CONSTRUES EM MADEIRA

Caracteristicamente, as construes em madeira so classificadas em trs grandes tipos: casa de

troncos (Loghomes), casas com estrutura em madeira pesada (Heavy Timber) e casas com

estrutura em madeira leve (Light Framing).

No entanto, nos tempos actuais, foram criados novos sistemas que pelo seu grau de desenvolvimento e

tecnologias utilizadas no devem ser englobados em nenhum dos tipos enunciados. Assim, proposta

uma adenda a estes tipos, sendo a classificao final uma adaptao da que proposta em [9].

Esta classificao passa ento a englobar os sistemas com estruturas prefabricadas que so o objecto

de estudo neste documento e, como j foi referido no captulo introdutrio, foram excludos outros

sistemas posteriores aos de estruturas leves que no sejam modulares.

Quadro 2.1 Classificao de sistemas de construo em madeira (adaptado de [9])

Tipo de estrutura Sistemas tipo

Casas de Troncos

Estrutura em madeira pesada Porticado Post&Beam

Entramado Timber Frame

Estrutura em madeira leve Estrutura em Balo Balloon Frame

Estrutura em Plataforma Platform Frame

Estrutura prefabricada Mdulos de pequenas dimenses

base de mdulos Mdulos de grandes dimenses

Mdulos tridimensionais

2.2.1. CASAS DE TRONCOS LOGHOMES

Este modelo estrutural o mais antigo dos tipos de construo em madeira mais frequentes (as

primeiras edificaes datam da idade da pedra na Polnia e Turquia).

Como j foi referido anteriormente, a disposio mais comum dos troncos a horizontal, devido

maior estabilidade estrutural, sendo que a disposio vertical dos mesmos tambm uma opo

correntemente adoptada.


8

Fig.2.7 Esquema estrutural [2] e Exemplo de uma casa de troncos [18]

Esta metodologia diferencia-se das outras pois o menor tratamento da madeira representa mais

fielmente todo o seu esplendor, estando o resultado final completamente condicionado pela matria-

prima em uso. Esta caracterstica que num passado recente condenou este sistema a um papel

secundrio, actualmente, devido s evolues tecnolgicas, encontra-se extremamente valorizada pois

traduz um aspecto rstico, artesanal e muito expressivo. Efectivamente, este sistema o nico que

dispensa qualquer tipo de revestimento ou acabamento.

Do ponto de vista esttico, pelas mesmas razes enumeradas atrs, o sistema mais limitado, pois a

madeira encontra-se a trabalhar perpendicularmente direco das fibras, resultando num

aproveitamento das capacidades resistentes em cerca de 20 a 30 vezes menor que na direco

longitudinal (apenas se aproveita 5% da capacidade resistente celular). [2]

A estabilidade da construo mais afectada neste sistema relativamente aos posteriores, pois a

madeira sofre processos complexos de secagem, o que resulta em variaes dimensionais

significativas e consequentes deslocamentos entre as peas. Actualmente, esta caracterstica no to

gravosa, pois o conhecimento das propriedades da madeira permitiu a mitigao destes problemas at

sua colocao em obra. Nesse sentido, o abate das rvores realizado entre o incio do Outono e o

incio do Inverno pois a existncia de vegetao e circulao de seiva praticamente nula, sendo que

posteriormente estes troncos passam por fases de secagem mais ou menos complexas conforme as

caractersticas iniciais e as finais pretendidas para os mesmos. [19]

O sistema, devido seco arredondada dos troncos, permite uma completa ligao entre peas

mediante um projecto cuidadosamente estruturado tendo principal ateno ao movimento entre troncos

que pode provocar interaces instveis, nomeadamente nos cantos onde feita a ligao e travamento

dos paramentos. Actualmente, este problema no to opressivo pois so utilizados troncos com uma

ou mais faces rectangulares, permitindo uma maior superfcie de apoio e maior estabilidade da

estrutura.

Fig.2.8 Exemplos de troncos com superfcies planas [2]


9

2.2.2. CASAS COM ESTRUTURAS EM MADEIRA PESADA HEAVY TIMBER

Este tipo de sistema construtivo surge naturalmente como resposta necessidade do Homem de atingir

a excelncia, na procura de edificaes maiores, originais e singulares. Tem como ponto de partida as

casas de troncos, superando esse conceito no que respeita concepo arquitectnica e complexidade

estrutural.

Apercebendo-se das limitaes estruturais dos sistemas mais precrios, potencializa as caractersticas

resistentes da madeira, colocando as peas a trabalhar ao longo da direco paralela s fibras e

formando estruturas mistas com outros materiais (utilizao de muros de carga). Este sistema inovador

permite aberturas maiores e edifcios at seis andares.

A sua crescente popularidade faculta a globalizao do sistema, nomeadamente da Europa at

Amrica do Norte e sia. Como referido no ponto anterior, este sistema prevalece at ao sc. XIX

onde atinge o seu apogeu, sendo ento substitudo por sistemas com estruturas em beto armado.

Este mtodo tem como particularidade a separao fsica entre a estrutura, envolvente e revestimentos.

Esta particularidade favorece a total fabricao da estrutura in situ, desde o corte at montagem e

assemblagem final. Como se verificou que embora complexo, o sistema podia ser facilmente dividido

e todas as peas desmontveis e transportveis, este tornou-se extremamente competitivo,

potencializado pela crescente industrializao, instrumentalizao e pela introduo da pr-fabricao.

Habitualmente, faz-se uma diviso deste tipo de estruturas considerando o tipo de sistema apresentado,

separando-se assim em duas solues: o sistema porticado ou de trelias (Post&Beam) e o sistema

entramado (Timber Frame). As estruturas referidas tm em comum a utilizao de grandes

elementos de madeira com elevado peso prprio.

Fig.2.9 Sistema Porticado, esquerda, e Sistema Entramado, direita [2]

i) Sistema Porticado Post&Beam

Neste sistema, o destacamento entre a estrutura em si e os revestimentos evidente pois este

constitudo por um conjunto de prticos que formam um conjunto autoportante.

As vigas e os pilares tm grandes dimenses, permitindo obter vos com significado suficiente para

ficarem aparentes. Os espaos so amplos, sendo definidos de forma moderadamente verstil atravs

dos revestimentos (placagens facilmente amovveis). A rigidez do prtico obtida atravs de

elementos diagonais que funcionam como escoras na direco em que esto dispostos, como o

ilustrado na figura 2.10.


10

Fig.2.10 Prtico e Respectivo pormenor [2]

A versatilidade desta soluo no que respeita a acabamentos e revestimentos impulsionou o

desenvolvimento de solues baseadas em derivados da madeira e vice-versa. Por outro lado, o

desenvolvimento deste sistema facultado pelo aparecimento de programas de desenho assistido por

computador (CAD) que facilitava a definio da super-estrutura e respectivos pormenores.

ii) Sistema de entramado Timber Frame

Este sistema, estruturalmente, varia do anterior essencialmente pela introduo de elementos portantes

diagonais, ao contrrio dos elementos sem grande expresso fsica da soluo anterior. Assim, nesta

soluo, a definio dos espaos fica obrigatoriamente condicionada pela presena destes elementos

(definio de planos verticais).

Estruturalmente, cada parede funciona como um muro resistente, onde a madeira trabalha na direco

das fibras e as ligaes, do tipo macho-fmea, so menos complexas que no sistema porticado.

A utilizao dos elementos estruturais de grande largura tem implicaes, ao nvel do peso da

estrutura, que se traduzem numa reduo dos ps-direitos disponveis em relao ao sistema anterior.

Os preenchimentos e revestimentos, esto tambm condicionados sendo que se preenchem os espaos

vazios com materiais adequados (madeira, cermica), podendo a estrutura ficar visvel como na figura

2.11, ou oculta por revestimentos apropriados (folheados).

Fig.2.11 Exemplos de sistemas entramados [2]


11

2.2.3. CASAS COM ESTRUTURA EM MADEIRA LEVE LIGHT FRAMING

O sistema das casas com estrutura em madeira leve, mais recente no que respeita s construes em

madeira, e surge no sc. XIX, na Amrica do Norte como consequncia directa de dois factores: a

existncia e disponibilidade de produtos industriais normalizados (madeira serrada e pregos) e a

necessidade dum sistema de construo rpido que respondesse carncia de habitaes resultantes da

colonizao do Oeste dos Estados Unidos da Amrica. [2]

Este sistema, embora surgindo no seguimento das estruturas em madeira pesada, representa um novo

conceito estrutural. Efectivamente, a introduo de novos elementos estruturais (muros e lajes),

confere estrutura uma nova dimenso, dotando o resultado de uma noo espacial semelhante ao

praticado nas actuais estruturas em beto armado. A implicao de novos componentes, permite

diminuir a largura destes de uma forma generalizada, pois a carga distribuda e conduzida por um

maior nmero de elementos.

Na prtica, o sistema faz uma definio concreta das funes da estrutura principal, dos componentes

com funes simultaneamente resistentes e de revestimento (muros resistentes e coberturas) e dos

componentes com funes exclusivamente de revestimento.

O tipo de material utilizado, produtos industrializados normalizados, teve repercusses bvias no

processo construtivo. Assim, um processo que era ainda bastante artesanal evoluiu para outro que se

baseava num planeamento cada vez mais detalhado, procurando eliminar actividades que

promovessem a sua no qualidade (atrasos, desperdcios). Nesta nova metodologia emergem a

modulao, a prefabricao e a maior mobilidade de materiais.

A madeira serrada promove a adopo de geometrias mais simples, diminuindo consideravelmente o

tempo de execuo de uma obra, tornando-a mais econmica, e a adopo de unies mais simples,

recorrendo quase unicamente a pregos e cavilhas, exclui a necessidade de utilizao de mo-de-obra

altamente especializada.

Do ponto de vista das instalaes, o novo sistema bastante mais fcil de manusear pois os elementos

estruturais, sendo mais versteis, possuem cavidades que permitem a passagem de instalaes e a

colocao do isolamento trmico, indispensvel devido perda de inrcia trmica resultante da menor

massa unitria das madeiras (medida habitualmente em kg/m2).

O controlo automtico assume um papel de relevncia cada vez maior, comparativamente ao

verificado nas estruturas em madeiras pesadas, pois o elevado nmero de peas utilizado no processo

implica um pormenor progressivamente maior nos desenhos, e a necessidade de celeridade implica

uma grande versatilidade e flexibilidade do projecto nos seus desenhos iniciais e posteriores

modificaes (programas de desenho mais eficazes).

Paralelamente, e como resultado dum planeamento cuidado, o controlo de materiais na chegada em

obra e a sua proteco enquanto no so utilizados na construo torna-se fundamental, ganhando

relevncia a organizao do estaleiro. As madeiras utilizadas necessitam de um controlo cuidado do

teor de gua para acautelar variaes dimensionais. No entanto, este tipo de sistema trabalhado a

seco no estando a construo dependente da estao climatrica, derivando num processo mais limpo

e rpido.

As estruturas leves esto intrinsecamente ligadas indstria dos derivados da madeira, revestimentos e

acabamentos pois, sem estes recursos, so consideradas solues esteticamente inaceitveis.

Devido menor densidade da madeira e da aparncia frgil, estas solues so erradamente

consideradas como apresentando uma durabilidade inferior. Este facto pode ser acautelado atravs de


12

uma correcta manuteno da habitao e expressamente refutado por casas existentes nos Estados

Unidos da Amrica, Rssia e Escandinvia com mais de 100 anos.

As estruturas leves so correntemente divididas em dois tipos: Balloon Frame (estrutura em balo) e

Platform Frame (estrutura em plataforma).

i) Estrutura em Balo Balloon frame

As estruturas em balo esto na origem das estruturas leves. O seu surgimento ocorreu por volta do

ano 1830 por George Washington Snow, um engenheiro americano que fez carreira como empreiteiro

e negociante de madeira para construo. [9]

O sistema caracterizado por ter fachadas executadas com montantes contnuos apresentando

normalmente dois pisos. Devido sua precocidade, este tipo de sistemas muito complexo, com

pouca interveno da pr-fabricao, e tem na sua essncia alguns defeitos inerentes.

A montagem do edifcio complexa, devido altura dos montantes (contnuos e com altura de dois

pisos), dificuldade de arranjar peas de madeira com dimenses e propriedades suficientes para

integrar a estrutura (problema mitigado com normalizaes), e ao facto da montagem das peas se

realizar necessariamente em simultneo.

Este sistema tem a particularidade das vigas onde assentam as lajes se ligarem directamente aos

montantes, sendo travadas por tbuas transversais, formando consequentemente o piso.

Esta tipologia apresenta deficincias no que respeita resistncia e segurana ao fogo pois no

promove um corte fsico bem definido entre pisos o que, em caso de fogo, num piso, permitiria que

este se alastrasse facilmente para o outro.

Fig.2.12 Estrutura em Balloon Frame [20]

ii) Estrutura em plataforma Platform Frame

Este sistema a evoluo das estruturas em balo, progredindo no sentido de colmatar as falhas

inerentes ao sistema anterior.


13

A principal diferena em relao s estruturas em balo prende-se com a insero de placas de madeira

para revestimento das estruturas, primeiramente em madeira macia e actualmente em derivados de

madeira. Estas placas funcionam como muros de suporte garantindo uma boa ligao entre os

diferentes componentes da estrutura e facultando o funcionamento como um corpo s. Estes muros de

revestimento permitem ainda fragmentar os montantes, passando a altura destes a corresponder

altura do prprio piso. As plataformas ao nvel de cada piso apoiam directamente nestes muros que

funcionam como estrutura de suporte. Esta diviso fsica dos pisos permite reduzir os riscos de

propagao do fogo entre pisos, em caso de incndio.

A montagem deste sistema mais acessvel devido fragmentao de elementos de grande dimenso

e ao aumento da estabilidade do sistema. A montagem desenvolve-se com a elevao progressiva de

plataformas, apoiadas em paredes, que se vo travando at cobertura.

A menor dimenso das peas favorece a utilizao da pr-fabricao neste sistema que, aliada

simplicidade do sistema de montagem, permite a diminuio nos prazos e nos custos associados

mo-de-obra.

Fig.2.13 Esquema da estrutura em plataforma adaptado de [21]

2.2.3. CASAS COM ESTRUTURA PREFABRICADA

As estruturas prefabricadas constituem uma natural evoluo na construo em madeira.

Efectivamente, observando os pontos anteriores, verifica-se a crescente utilizao de prefabricados na

construo, mas ainda de uma forma pontual nos processos. Pela utilizao noutros tipos de estrutura

conveniente explicitar o significado das estruturas englobadas nesta tipologia.

Assim, apelidam-se de estruturas prefabricadas aquelas em que o sistema de construo concebido

de forma totalmente integrada e em que as operaes a realizar em fbrica e no local esto

perfeitamente definidas. Os componentes e materiais advm de um grande ndice de prefabricao

sendo que no local apenas se procedem a operaes de montagem e a um nmero reduzido de

operaes de corte e serragem de componentes.

A classificao proposta para estes sistemas, como j foi referido, a sua diviso em mdulos de

pequenas dimenses, grandes dimenses e tridimensionais. Esta pode ser limitativa tendo em conta o

elevado nmero de variantes que vo surgindo com o crescente grau de prefabricao, mas

representativa pois engloba as mais frequentes.

Os sistemas com mdulos de pequenas dimenses so aqueles que utilizam painis com dimenses de

2,8m de altura por larguras inferiores a 1,2m. So sistemas que se assemelham aos de estruturas leves,


14

estando as dimenses dos painis limitados pelos ps direitos e pelo projecto de arquitectura. A

principal vantagem em relao aos outros sistemas prefabricados a sua maior versatilidade na

obteno de estruturas mistas devido s suas menores dimenses.

A figura 2.14 representa um sistema construtivo leve que utiliza painis de pequenas dimenses em

conjunto com paramentos em alvenaria de tijolo. [9]

Fig.2.14 Habitao construda com painis de pequenas dimenses [9]

Os mdulos de grandes dimenses, na sua sntese, so explicados pelo progresso no sentido de obter

em fbrica os paramentos verticais dos edifcios. As dimenses destes compreendem-se habitualmente

entre os 3 metros de altura e os 6/7 metros de largura.

Os sistemas que recorrem a este tipo de mdulos so interessantes pelo facto de ser possvel ainda em

fbrica a execuo de aberturas nas fachadas, eliminando os trabalhos associados em obra. A

montagem em obra relativamente fcil pois, aps a implantao das fiadas que apoiam nas fundaes

ou estruturas de suporte, esta decorre a um ritmo elevado.

Fig.2.15 Implantao da 1 fiada e Colocao de um mdulo em obra [22]

Os sistemas com mdulos tridimensionais so provavelmente os mais arrojados e os que exploram ao

mximo as propriedades da prefabricao. Devido especificidade dos mdulos, as dimenses destes

so muito variveis e esto dependentes do produtor.

Por no apresentarem muita versatilidade, existem sistemas que apresentam mdulos tridimensionais

articulados, que na realidade no so mais do que solues que se situam entre os mdulos de grande

dimenso e os tridimensionais.


15

Os mdulos habitualmente correspondem a um compartimento da casa (cozinha, sala, etc.) mas em

habitaes com grandes reas comum que os mdulos correspondam a apenas partes das divises.

Estas estruturas tm a particularidade de frequentemente serem colocadas sobre apoios de forma a

ficarem ligeiramente sobrelevados em relao ao nvel do solo de forma a ficarem protegidas de

ataques ambientais e para mitigar os efeitos do desgaste do contacto directo com o solo.

A figura seguinte mostra a colocao de um mdulo tridimensional em obra e as operaes de

implantao dos referidos apoios.

Fig.2.16 Implantao dos apoios para sobrelevao e Colocao do mdulo em obra [23]

Sobre estes tipos de estruturas prefabricadas necessrio fazer algumas consideraes. Os tempos de

montagem, a mo-de-obra necessria, o nmero de operaes, em princpio, sero tanto menores

quanto maiores forem os componentes prefabricados.

O transporte dos componentes poder ser mais cuidadoso, e ter exigncias mais rigorosas, quanto

maior for o tamanho dos componentes ou mais prximo da soluo final os mdulos estiverem. Os

equipamentos para montagem no diferem muito entre tipologias nem a qualificao da mo-de-obra

utilizada. O que varia a coordenao entre intervenientes e a necessidade de detalhe dos projectos,

conforme a quantidade de trabalhos e a dimenso dos mdulos, sendo previsivelmente maior nos

mdulos de pequena dimenso.


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3 MADEIRA MACIA E DERIVADOS

3.1. INTRODUO

Actualmente, a madeira alm de ver reconhecidas as suas propriedades mecnicas, v tambm

claramente reconhecidas as suas propriedades fsicas, nomeadamente, no que respeita esttica,

cheiro, elexibilidade (propriedade que a madeira possui de se deixar dobrar ao longo das fibras, sem

partir, excluindo o que respeita capacidade estrutural). Este reconhecimento proporciona um novo

leque de aplicao da madeira, no to restritivo do ponto de vista estrutural. Os derivados da madeira,

tiveram um papel muito importante neste reconhecimento, tendo sido criados com o intuito de

melhorar as caractersticas da madeira, do ponto de vista mecnico ou fsico, tornando esta indstria

mais competitiva.

Este ponto tem como inteno explicitar os principais materiais utilizados nos sistemas em estudo,

desde a madeira macia aos variados derivados utilizados na construo, deixando a anlise das

principais inovaes tecnolgicas para o captulo 4, aquando da sua insero nos sistemas.

3.2. MADEIRA MACIA

A madeira macia, por estar na gnese de todos os sistemas conhecidos, tem obviamente um papel

muito relevante na indstria, sendo natural e justificvel que os materiais posteriores tenham sempre

como ponto de comparao este mesmo material.

A madeira um material de origem biolgica, formado por matria heterognea e anisotrpica que

advm de organismos vivos, as rvores. Devido sua origem natural, este material tem muitas

especificidades, sendo que nesta dissertao apenas se vo referir os aspectos com maior interesse para

o trabalho de engenheiros e arquitectos, no que respeita aplicao da madeira em construo.

A madeira provm quase exclusivamente do tronco das rvores, que simultaneamente responsvel

pelo suporte (parte mais rija e resistente) e pela conduo de seivas (importantes para os processos de

fotossntese). Estas caractersticas favorecem a disposio longitudinal das fibras, sendo que a

estrutura anatmica depende da espcie florestal e tambm da idade e das condicionantes ambientais.

Esta disposio, conjuntamente com o crescimento do lenho de forma a aumentar o dimetro

afastando-se da medula, provoca uma simetria axial que resulta na anisotropia das propriedades da

madeira, tanto nas propriedades mecnicas como nas propriedades fsicas (retraco). Por esta razo

normal fazer uma diferenciao entre os diferentes planos da madeira, o plano longitudinal (direco

paralela s fibras) e o plano transversal (perpendicular s fibras) ilustrado na figura 3.1. [7]


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Fig.3.1 Seco transversal de um tronco e Planos da madeira [24] [7]

As madeiras macias so divididas em dois grandes grupos: as que provm de rvores resinosas e as

que provm de rvores folhosas. As rvores folhosas (carvalho, castanheiro, eucalipto) so

anatomicamente mais complexas e diversificadas que as resinosas (pinheiro, abeto, cedro), traduzindo-

se este facto numa maior diversidade de caractersticas entre espcies. Esta diversidade de espcies e o

facto de os vendedores empregarem novas designaes comerciais, mais cativantes ou sugestivas,

fazem com que exista confuso no mercado uma vez que apesar de existir muita oferta, no so

publicitadas as verdadeiras capacidades do material.

Neste ponto, importante o reconhecimento das especificaes da madeira. Os principais factores a

avaliar so a quantidade de gua presente na madeira, os defeitos inerentes, estabilidade dimensional e

a resistncia mecnica e a forma como estes factores esto relacionados.

Os defeitos ou anomalias, so as particularidades das madeiras que a condicionam em termos estticos

e/ou estruturais, definindo assim a qualidade das mesmas. Os defeitos existentes esto exaustivamente

relatados na NP 180:1962 [25] e podem ser agrupadas em defeitos associados morfologia das

rvores e as resultantes de influncias exteriores (prticas culturais ou efeitos meteorolgicos), ou

secagem e abate das rvores.

Um dos defeitos mais restritivos so os ns, resultado da insero de um ramo no tronco, e que so

geralmente considerados inestticos e no aconselhveis para uso no estrutural, podendo contudo vir

a ser prejudiciais estruturalmente se a percentagem na seco transversal (KAR) exceder um

determinado limite. Outros defeitos relevantes so o fio inclinado (existncia de um ngulo entre a

direco predominante das fibras e o eixo longitudinal), fendas (originadas por secagem ou pelo

crescimento, dependendo os seus efeitos na resistncia da localizao, comprimento e profundidade) e

o descaio, defeito de laborao. Estes defeitos tm na sua gnese implicaes na resistncia da

madeira devido maioritariamente anisotropia do material. [7]

A humidade um dos principais problemas associados s madeiras devido s variaes dimensionais

que provoca. As madeiras enquanto verdes tm uma grande quantidade de gua (constituio,

impregnao e livre). A gua de constituio inerente ao lenho e s pode ser removida havendo

decomposio qumica. Por outro lado, a gua de impregnao ocupa os espaos existentes entre

constituintes da parede, e a gua livre os espaos vazios na estrutura alveolar, no estando

efectivamente ligada madeira.

Aps o abate, a rvore perde com relativa velocidade a gua livre existente, atingindo o Ponto de

Saturao das Fibras (PSF), sendo que as paredes esto ainda completamente impregnadas (28 a 30%


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de teor de agua aproximadamente). Neste estado no se verificam retraces ou alteraes

considerveis na resistncia mecnica.

Aps este ponto, a perda de gua muito mais lenta e gradual, mas com implicaes importantes na

retraco do material, como est patente na figura 3.2.

Fig.3.2 Coeficientes de retraco nas vrias direces (valores mdios do pinheiro bravo) [7]

Como visvel no grfico, na direco longitudinal a variao dimensional quase nula, sendo

desprezvel em relao s tangenciais e radiais. A retraco na madeira por perda de humidade no

entanto um fenmeno reversvel sendo que o inchamento se procede aproximadamente na mesma

medida.

Estas retraces so um dado importante a ter em conta pois, aps aplicao, podem-se traduzir em

empenamentos e fendas, existindo por isso um parmetro, coeficiente unitrio de retraco, que avalia

a variao dimensional nas diferentes direces. Estes coeficientes so normalmente utilizados para

classificar a estabilidade estrutural das madeiras atravs da relao entre o coeficiente tangencial e o

radial.

A classificao permite avaliar quais as madeiras com anisotropia mais elevada e consequentemente

mais susceptveis de empenar. Os empenamentos no se traduzem em perdas de resistncia mecnica

mas so relevantes por dificultarem o seu manuseamento.

Para acautelar este problema, so realizados estudos de forma a averiguar qual a quantidade de gua

ideal na madeira aquando da sua utilizao. O parmetro utilizado para esta averiguao o teor de

gua. Efectivamente, a madeira um material higroscpico, variando o seu teor de gua consoante a

humidade relativa e a temperatura ambiente do ar envolvente.

Assim, so criados processos de secagem naturais, que necessitam de muito tempo e espao, ou

industriais, realizados em estufas de secagem segundo processos cuidadosamente acompanhados para

no depreciar o valor da madeira, com o objectivo de atingir o denominado equilbrio higroscpico

(fenmenos de absoro e dessoro atingem a mesma taxa).

A forma como o equilbrio higroscpico se processa, consoante a humidade relativa e a temperatura

ambiente, representado em curvas higromtricas. Normalmente, para o nosso clima resulta que o teor

de gua ideal na madeira compreende-se entre 14 e 16%. Estes valores no so absolutos para todas as


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espcies, sendo que o importante que o teor de gua seja o mais prximo possvel do teor de

equilbrio com as condies locais.

Fig.3.3 Curva Higromtrica [7]

A colocao em obra de madeira demasiado hmida ou demasiado seca pode levar fendilhao,

abertura de juntas, empenamento ou at arrancamento.

O teor em gua igualmente muito relevante para a resistncia mecnica da madeira. A resistncia

varia de forma inversamente proporcional ao teor de gua, para valores abaixo do PSF, sendo no

entanto um fenmeno reversvel. Este facto deve ser tomado em conta nos clculos de resistncia de

uma estrutura, principalmente na fase de montagem, se a madeira est exposta chuva.

Fig.3.4 Variao da tenso de rotura x com a densidade do material e o teor de gua [24]

A resistncia mecnica da madeira no entanto afectada por outros factores. Em primeiro lugar

afectada pela espcie florestal e pela qualidade das peas, nomeadamente no que refere aos defeitos j

enumerados. Estes factores definem os valores caractersticos de resistncia.


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O tempo de actuao das cargas interfere tambm na resistncia das madeiras, fazendo-a diminuir de

uma forma aproximadamente linear. Este factor relevante pois cargas abaixo do limite de rotura

podem fazer ruir uma estrutura ao fim de um certo tempo. Para acautelar os efeitos do tempo de

actuao e do teor de gua, comum utilizar factores correctores, sendo que no Eurocdigo 5 [26] este

denominado kmod.

As caractersticas enunciadas so assim relevantes quando se pretende utilizar a madeira para fins

estruturais. Para avaliar a aptido das madeiras e a sua qualidade, so utilizados normalmente dois

sistemas de classificao: mecnica e visual.

O sistema de classificao visual muito utilizado nos pases desenvolvidos sendo que no existe uma

norma em conformidade para todos eles, variando de pas para pas, sendo suportadas pelas prticas

tradicionais e adaptadas s espcies existentes em cada pas. Em Portugal, existe uma norma, NP 4305

[27], que tem o intuito de classificar a espcie mais comum no nosso solo, o Pinho bravo (Pinus

Pinaster, Ait).

O sistema de classificao mecnica baseia-se na determinao dos valores caractersticos da

resistncia de ensaios, englobando-os em classes de qualidade. A norma europeia que classifica a

madeira macia a EN 338 [28] e, em Portugal, o LNEC publicou um documento com as classes

referentes espcie mais comum j referida [29].

Estes sistemas tm em comum o facto das classes de qualidade serem definidas por valores mximos

admissveis de defeitos avaliados visualmente. So normalmente utilizadas, dependendo do grau de

exigncia de avaliao. A classificao visual mais simples e economicamente vivel, mas no to

rigorosa e depende claramente do classificador, sendo por isso pouco objectiva.

Existem, no entanto, outras patologias e anomalias associadas madeira, como os ataques ambientais,

segurana contra incndios, agentes biolgicos, fungos, aces mecnicas, que provocam degradao

e diminuio das capacidades da madeira.

Fig.3.5 Degradao do rodap por aco de fungos [7]

Estes agentes, embora gravosos, so mais facilmente controlveis pois existem mtodos que permitem

mitigar fortemente as suas aces nocivas. A aplicao de produtos de revestimento, tintas, vernizes,

com determinadas propriedades (repelentes, hidrfugos, etc.) permite uma proteco eficaz contra

estes ataques exteriores, necessitando apenas de uma manuteno atenta e capaz dos elementos em

madeira. Alm disso, muitos destes factores esto interligados com a humidade da madeira, sendo que

um controlo da mesma (valor habitual recomendado abaixo de 20%) [7] reflecte-se numa no

manifestao das patologias provocadas por estes agentes.


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A madeira tem mau desempenho face ao fogo pois um material combustvel. Este facto no to

gravoso como aparenta pois, durante a combusto, forma-se uma camada de carvo superficial que

tem boas propriedades isolantes, impedindo a subida de temperatur

sistemas construtivos em madeira

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