A madeira e a evolução da sua utilização está diretamente ligada à evolução da espécie humana. Os primeiros vestígios do uso da madeira remontam há 500 000 anos atrás, no sul de França, onde apareceram fogueiras de madeira. Desde a Pré-história que a madeira é utilizada inicialmente na construção de abrigos artificiais sazonais, ver Figura 27. Estas eram feitas recorrendo a ramos de árvores, e pedras de grandes dimensões para colocar em seu redor. No interior eram colocadas colunas de madeira com a função de suportar a cobertura (Kostof, 1996).
Figura 27 – Abrigo pré-istórico (Lourenço, 2013)
Existem diversas construções que serviram de habitação ou simplesmente de abrigo temporário. Estas casas eram normalmente pequenas casas individuais de madeira e barro, construídas com pilares de madeira cravados no solo, de modo a evitar as cheias sazonais, e unidos no topo por pequenos troncos que serviam de apoio ao telhado, evoluindo mais tarde para soluções mais duradouras onde era evitado o contacto da madeira com o solo, ver Figura
Propriedades Valores de Referência
Fungos Classe 2 – Durável
Insetos Classe S – Suscetível
Térmitas Classe M – Medianamente
Durável
28. As casas construídas acima do solo sobre estacas de madeira, de modo a evitar as cheias é um método ainda hoje usado no rio Amazonas por populações locais.
Figura 28 – Hipotética evolução das habitações de madeira no período Neolítico: (a) Solução inicial, mais propicia a deterioração das fundações (em madeira); (b) Solução mais
duradoura, onde a estrutura de madeira era sustentada em fundações de pedra, evitando assim o contacto direto com o solo (Brites, 2011)
Na Civilização greco-romana a modificação dos materiais utilizados nas coberturas levou à necessidade de criação de estruturas mais robustas. Os materiais leves foram substituídos por construções de estruturas de suporte das coberturas em vigas de madeira, o que levou a uma adaptação das técnicas de trabalho da pedra e alvenaria. A descoberta do cimento como material de construção durante o séc. II d.C. (já sob a influência do Império Romano) e o uso de tijolos cozidos em fachadas redirecionou as atenções dos arquitetos das fachadas exteriores para as paredes interiores (Tomlinson, 1995).
Na obra de Vitruvius (1860) é possível encontrar uma explicação exaustiva das espécies de madeira utilizadas na construção, com indicação das principais vantagens e desvantagens de cada espécie, bem como as respetivas aplicações, fazendo já referência a ataques biológicos de determinadas espécies de madeira e do seu comportamento estrutural, referindo a necessidade de secagem das madeiras e dos ganhos de resistência e rigidez obtidas por esse processo.
Na Idade Média dada a disponibilidade da madeira nos países frios do Norte da Europa, este material era bastante utilizado nas habitações dos povos bárbaros (Wright,1862).
Durante este século iniciou-se o processo de triangulação, que consistia na união de uma madeira horizontal com uma vertical através de uma diagonal ou cruzada, formando Cruzes de Santo André, Figura 29, (Lourenço e Branco,2013). Nesta época a madeira teve a sua idade de ouro e desempenharam um papel relevante na evolução da arquitetura religiosa e habitacional, sendo fundamental para este processo a cooperação entre os mestres carpinteiro e pedreiro (Fitchen, 1986).
Figura 29 – Parede de frontal onde são visíveis as cruzes de Santo André (Lourenço e Branco, 2013)
A cobertura era realizada com uma estrutura de madeira, normalmente de carvalho, sobre a qual eram colocadas chapas de chumbo ou placas de ardósia. A estrutura de madeira também permitia o travamento das paredes na fase construtiva, permitindo assim um funcionamento cooperante entre todas as paredes para ações horizontais, como o vento e os sismos (Fitchen, 1986). A arquitetura de madeira neste período foi sobretudo religiosa tendo durante os séculos XI e XII sendo substituída pela pedra com o desenvolvimento da arquitetura civil e militar, (Lourenço e Branco,2013).
Na europa existem registo da utilização de estruturas de madeira de forma continuada, nomeadamente no fabrico de edifícios de habitação de vários pisos, bem como religiosos. A técnica construtiva designava-se de half-timbered, Figura 30, e consistia em construir uma estrutura de madeira que era posteriormente preenchida com elementos de alvenaria pobre. As características mais relevantes destes edifícios são os pisos superiores salientes (jettying), Figura 30, estrutura de madeira visível e ensamblagens integralmente realizadas em madeira (Yeomans, 1999).
Em relação aos edifícios religiosos britânicos do primeiro quarto do Séc. XVI, Ross (2002) refere que a esmagadora maioria possuem a cobertura em madeira à vista, sem abóbada.
Figura 30 – Estruturas de madeira medievais: (a) Estrutura-tipo de edifício construído em sistema half-timbered, com jettying; (b) Sistema hammer beam, para redução dos impulsos
no topo das paredes; (c) Asna com dupla linha; (d) Asnas de linha alta e vigas de eixo curvilíneo; (e) Asna construída por mistura de várias tipologias estruturais (Yeomans,
1999)
A madeira encontrou novamente aplicações estruturais em coberturas e pavimentos interiores, tal como durante a Idade Clássica. Nas coberturas a escolha recaia sobre as asnas simples e compostas por curso a menos quantidade de madeira (Yeomans,1999).
O trabalho de Francis Price de 1733 foi provavelmente o primeiro a dedicar especial atenção às coberturas, apresentando desenhos de várias tipologias de asnas. Contudo o comportamento estrutural das asnas parecia ainda não ser conhecido, pois eram utilizadas tabelas com as dimensões, provavelmente determinadas empiricamente por construtores experientes, onde as secções aumentavam linearmente com o vão. A obra “The British dictionary”,de 1734 refere uma fonte francesa que afirma (corretamente) que a resistência à flexão é proporcional à base e ao quadrado da altura da peça. Esta conclusão, embora relevante, parece não ter influenciado a forma como as asnas eram realizadas uma vez que a deformação influenciava mais a escolha das secções do que a sua resistência (Yeomans,
Nas últimas décadas do século XVIII, com a conclusão de trabalhos teóricos importantes, como os de Hooke, Bernoulli, Euler e Coulomb e com o desenvolvimento de ensaios em peças de madeira, foi possível pela primeira vez descrever com alguma precisão o comportamento mecânico das estruturas de madeira (Yeomans,1999).
Figura 31 – Diferentes soluções de asnas de tesoura adotadas na América Colonial e no Reino Unido: (a) Soluções inglesas; (b) Soluções americanas. Note-se a ausência de linha
elevada nas asnas americanas e o maior vão vencido (Yeomans, 1999)
A necessidade de vencer grandes vão para aplicação em naves industriais colocou em evidência as limitações das estruturas de madeira o que conduziu inevitavelmente ao uso de novos materiais com melhores propriedades mecânicas, disponíveis a custos economicamente aceitáveis após a revolução industrial (Brites, 2011).
Com a Revolução Industrial o ferro começou a ser usado como material estrutural, primeiro como meio complementar aos materiais existentes, e mais tarde como material estrutural. Estas alterações conduziram também a alterações nas estruturas de madeiras, nomeadamente nas ligações. As ensamblagens anteriormente feitas em madeira com um trabalho minucioso e demorado do carpinteiro foram substituídas por ligações com elementos metálicos como parafusos, pregos e chapas. Com o uso de peças metálicas foi possível minimizar o problema de retração provocado pelo uso de madeiras verdes (Yeomans,1999).
Com a necessidade de dar resposta às limitações encontradas começaram a surgir a primeiras peças lameladas em que várias peças peças individuais de madeiras eram unidas entre si por
elementos metálicos, de modo a criar uma estrutura contínua, ultrapassando assim os condicionalismos de secção e comprimento das peças individuais. Wiebeking foi provavelmente o primeiro a utilizar estruturas laminadas, através da criação de um arco de madeira de peças aparafusadas, que eram utilizadas para o fabrico de pontes e marco na Baviera, Alemanha, entre 1807 e 1809, Figura 32, (Yeomans, 1999).
Figura 32 - As primeiras estruturas de laminados de madeira: pontes, desenvolvidas por Wiebeking (em cima, à esquerda); Coberturas de escolas de equitação, por Emy (à direita)
e viadutos ferroviários, de Green (embaixo, à esquerda) (Yeomans, 1999)
Esta técnica evoluiu para os atuais lamelados colados, onde as ligações entre as várias lâminas passaram a ser realizadas exclusivamente com colas sintéticas à base de formaldeído.
As estruturas de madeira em Portugal
Durante muitos séculos a madeira foi uma componente essencial na economia portuguesa, na construção de embarcações, edifícios e mobiliário. No final da idade média, o castanho (Castanea sativa Mill.) era utilizado na construção de mobiliário e de edifícios, enquanto o carvalho (Quercus faginea) servia para o fabrico de embarcações. O pinho bravo (Pinus
pinaster Ait.), introduzido no século XIII a partir pinho marítimo francês, é uma das espécies
com maiores aplicações estruturais ainda hoje. Com os descobrimentos, Portugal introduziu muitas espécies de madeiras brasileiras na Europa. No século XVIII, o ouro proveniente do Brasil foi usado na construção e decoração de edifícios religiosos, onde a talha dourada
Os manuais de construção Portugueses do final do século XIX e primeira metade do século XX que chegaram aos dias de hoje são escassos, no entanto, podem ser encontradas informações importantes sobre as técnicas construtivas em Portugal no livro “Trabalhos de carpintaria civil” de Segurado (1942), na Enciclopédia Prática da Construção Civil, e nos cadernos editados por Costa (1955).
Os pavimentos eram normalmente constituídos por elemento principais, o vigamento e o soalho, e por elementos secundários, os tarugos, que tornavam o conjunto mais homogéneo. As vigas e tarugos enquadravam-se nas “obras de tosco”, uma vez que eram apenas serradas e destinadas a ficar embebidas na parede, não visíveis, o soalho incluía-se nos “limpos” ou “carpintaria de obra branca” (Segurado, 1942).
As extremidades das vigas ficavam normalmente apoiadas ou encastradas nas paredes de alvenaria. Uma regra usualmente aplicada ia no sentido de apoiar a viga em 2/3 da espessura da parede, chegando muitas vezes a apoiar-se em toda a sua largura, Figura 33, (Teixeira, 2004).
Figura 33 – Entregas de vigas nas paredes, com tratamento (Dias, 2008)
No caso das asnas os assentamentos eram realizados preferencialmente de forma que o encontro dos eixos da linha e da perna se fizesse a 1/3 da espessura da parede. Caso tal não fosse possível, dever-se-ia realizar um cachorro em cantaria que saísse fora do plano da parede, sendo nestes casos permitido que os eixos da perna e da linha se encontrassem à face (interior) da parede (Costa, 1955).
A espécie de madeira mais utilizada para as vigas era o pinho (bravo), embora também se utilizassem outras espécies como o carvalho, a casquinha, o castanho, o choupo, a nogueira e o pinho manso e o pitchpine. Para os soalhos, preferia-se a madeira de pinho, casquinha e pitchpine. Refere-se ainda a necessidade de proceder ao tratamento das extremidades da peça encastradas nas paredes de alvenaria, através de pintura com produtos preservadores, como tinta de óleo. Os pavimentos térreos deveriam ser providos de caixa-de-ar inferior de pelo menos 40cm para garantir a sua durabilidade (Costa, 1955).
Na segunda metade do século XX, as estruturas de madeira caíram em desuso tendo perdido terreno para o betão armado. Na última década devido às preocupações com execução de construções mais sustentáveis e com a reabilitação do património histórico tem-se verificado um interesse cada vez maior na madeira.
Na atualidade, a madeira desdobrou-se numa série de produtos pensados com o objetivo de ultrapassar as suas principais limitações, com a obtenção de produtos de alta resistência e baixa variação comportamental. De alguns dos produtos que têm surgido destacam-se a madeira lamelada colada, o LVL (Laminated Veneer Lumber), o contraplacado, o OSB (Oriented Strand Board), o aglomerado de partículas e o MDF (Medium Density
Fiberboard). No que respeita a aplicações estruturais, a madeira maciça, a madeira lamelada
colada e o LVL são atualmente os principais produtos.
Figura 34 – Metropol Parasol, Sevilha, estrutura é feita de madeira colada a um revestimento de poliuretano, J. Mayer H. Architects (Web06)
Nos países do continente norte-americano e do norte da europa, a madeira continua a ser uma das opções mais utlizadas devido às suas propriedades térmicas, ao seu aspeto estético, à sua robustez, à sua durabilidade e ao seu baixo consumo de energia para transformação É um material que em conjunto com políticas de gestão da floresta se torna numa solução mais sustentável, que permite desenvolver soluções criativas e inovadoras para dar resposta aos desafios arquitetónicos e estruturais que surgem na atualidade.
Em Portugal a crescente preocupação com a construção sustentável juntamente com um forte interesse na conservação do património edificado e a adoção das normas europeias para o dimensionamento de estruturas de madeira como o Eurocódigo 5: Dimensionamento de Estruturas de Madeira (EN1995:1-1, 2004), bem como diversas normas relativas à classificação mecânica das madeiras e derivados, são um impulso e um forte contributo para a utilização de madeira na construção.