Incerteza da inspeção visual na avaliação de segurança de estruturas de madeira

Abstract

A madeira é um dos materiais mais presentes na construção antiga, sendo encontrada em diversas formas estruturais, e podendo apresentar diferentes estados de conservação tendo em conta a sua idade e durabilidade. Para avaliar a segurança de estruturas existentes em madeira, o primeiro passo a considerar é a inspeção visual dos seus elementos. Durante uma inspeção visual, os diferentes defeitos naturais da madeira (nós, fissuras, desvio das fibras) são caracterizados e catalogados. Assim, é fundamental que a incerteza associada à realização de uma inspeção visual por técnicos diferentes possa ser contabilizada e quantificada. Atualmente em Portugal, as normas de inspeção visual para madeira são escassas e não consideram elementos já existentes em obra, sendo assim necessário perceber se outras normas de inspeção visual podem ser interpretadas de forma semelhante. Nesta dissertação, a primeira fase corresponde à análise do estado da arte tendo em conta as normas existentes para inspeção visual e classificação de elementos de madeira. Após definidos os parâmetros de avaliação, foi selecionada uma norma de inspeção para servir de base a uma inspeção visual a elementos de madeira existentes. A inspeção foi realizada por elemento e por secções de 40 cm de comprimento, permitindo assim obter uma classificação global e local. Numa terceira fase, foi analisado uma base de dados de inspeções visuais, previamente realizadas aos mesmos elementos de madeira, permitindo assim aferir sobre a variabilidade de resultados quando considerados diferentes inspetores. Nessa análise incluiu-se a variabilidade dos resultados através de testes e parâmetros estatísticos, determinando o erro da medição (incerteza) através de normas definidas para esse efeito. Na fase final, a incerteza da inspeção visual foi incluída numa análise de segurança de uma estrutura de madeira através de uma análise de diferentes cenários de inspeção visual, nomeadamente através de diferentes dimensões de nós. Devido à natureza estatística do erro, é considerada uma análise probabilística da estrutura através da modelação dos parâmetros de resistência e solicitação, através de variáveis aleatórios num contexto de análise de fiabilidade. O resultado deste trabalho é a quantificação da incerteza (erro de medição) inerente ao processo de inspeção visual de elementos de madeira atendendo à análise de uma base de dados pré-existentes. Essa incerteza é posteriormente utilizada num contexto de análise de segurança de uma estrutura de madeira.

Wood is one of the most common materials found in old constructions; it can be found in various structural formats and with different levels of preservation, according to its age and durability. The first step to evaluate the safety of existing wooden structures is a visual inspection to its elements. During a visual inspection, the various natural defects of wood (knots, fissures, fibre deviation) are described and catalogued. Therefore, it is crucial to account for and quantify uncertainties derived from a visual inspection, made by different technicians. In Portugal, standards for visual inspections to wood are currently very limited and do not account for onsite elements; it becomes thus necessary to understand if other visual inspection rules can be interpreted in a similar manner. The first part of this thesis is dedicated to the state of the art analysis, considering existing rules for visual inspection and grading of timber elements. Once evaluation parameters were defined, an inspection standard was selected as a basis for a visual inspection to existing timber elements. The inspection was done per element and by 40 cm long sections, which allowed for a global and local classification. The third part is the analysis of a database of previous visual inspections carried out to the same elements, which enabled to determine dissimilarities in terms of results, taking into account different inspectors. That analysis included those results’ dissimilarities through statistical tests and parameters, as well as measurement errors (uncertainty) through predefined standards made for that purpose. The final part comprises the uncertainty in visual inspection in a safety analysis to a timber structure through the analysis of different visual inspection scenarios, namely over different knot ratios. Because of the statistical nature of error, a probability analysis of the structure is considered, by modelling resistance and solicitation parameters via random variables in a context of a reliability analysis. The result of this work is the quantification of uncertainty (measurement error) that is inherent to the process of visual inspection of timber elements, considering the analysis of a pre-existing database, where that uncertainty is used in a context of a safety analysis to a timber structure.