Sistema construtivo em painéis modulares para edifícios coletivos com estrutura de madeira

Abstract

Dado o alarmante cenário climático que revelou a urgência em reverter os padrões de consumo globais, alcançar a neutralidade carbónica até 2050 torna-se uma meta essencial para limitar o aquecimento global. Neste contexto, a construção em madeira assume um papel inovador e promissor na prossecução deste objetivo por parte do setor da construção. No entanto, existem lacunas de conhecimento substanciais acerca da utilização da madeira em edifícios que são decisivas na limitação do uso estrutural da madeira e que têm fomentado a disparidade dos seus avanços e incentivos comparativamente às tecnologias em betão e em aço. Este trabalho visa não apenas preencher estas lacunas de conhecimento, promovendo a maior aceitação e expansão ao uso da madeira, como oferecer uma solução sustentável alternativa aos materiais convencionais como ferramenta para o cumprimento dos objetivos nacionais de neutralidade carbónica e para o fortalecimento da bioeconomia local através do uso dos recursos florestais locais. A partir do uso da madeira, um material renovável, reservatório de carbono e com excelentes propriedades térmicas, em associação ao processo de pré-fabricação e seus benefícios, esta pesquisa propõe o desenvolvimento de um sistema construtivo para edifícios até 5 pisos recorrendo a painéis pré-fabricados de madeira com características concebidas e validadas para a aplicação bem sucedida no contexto português. Neste trabalho, o sistema construtivo é projetado, avaliado e otimizado em termos estruturais, funcionais e logísticos. São discutidas as estratégias de conceção de estruturas de madeira, bem como as necessidades e requisitos inerentes ao contexto português, a serem considerados na elaboração do sistema construtivo. Em seguida, definem-se as regras de conceção identificadas para os painéis, pormenorizando-os segundo cada camada constituinte e as suas propriedades. Os painéis são, então, avaliados quanto ao coeficiente de transmissão térmica (e proteção à humidade, para os painéis de fachada e cobertura) através do software Ubakus, quanto ao índice de redução sonora a sons aéreos e de percussão através do software INSUL e quanto à resistência e reação ao fogo. Através de um caso de estudo desenvolvido em parceria com a empresa PORTILAME - Engenharia e Madeira, Lda., avalia-se o comportamento estrutural dos componentes dos painéis para um edifício de 4 pisos através dos software RFEM e Calculatis.

Given the climate scenario that revealed the urgency of reversing global consumption patterns, achieving carbon neutrality by 2050 becomes an essential target in limiting global warming. In this context, building up in wood plays an innovative and promising role in pursuing this goal by the construction sector. However, there are substantial knowledge gaps about using wood in buildings that are decisive in depriving the wood structural use and that have fostered the disparity of its advances and incentives regarding concrete and steel technologies. This work aims not only to fill these knowledge gaps, promoting greater acceptance and expansion of the use of wood, but also to promote a sustainable alternative solution to conventional materials, namely concrete and steel, as a tool for meeting the national carbon neutrality targets and for strengthening the local bioeconomy through the use of native forest resources. By using wood, a renewable, carbon sink material with excellent thermal properties in association with the prefabrication process and its benefits, this research proposes the development of a construction system for up to 5-storey buildings based on prefabricated wooden panels for successful application in the Portuguese context. In this work, the constructive system is designed, evaluated and optimized in structural, functional and logistical terms. Strategies for designing wooden structures are discussed, as well as the needs and requirements inherent in the Portuguese context, to be considered in the design of the construction system. Then, the design rules for the panels are defined and detailed according to each component layer and its properties. The panels are then evaluated for the coefficient of thermal transmission (and moisture protection, for the facade and roof panels) using the Ubakus software, for the noise reduction index to aerial and percussion sounds using the INSUL software and resistance and reaction to fire. Through a case study developed in partnership with the company PORTILAME - Engenharia e Madeira, Lda., the structural behavior of the components of the panels for a 4-storey building is evaluated using RFEM and Calculatis software.