Estruturas Metálicas. Módulo II. Coberturas

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1 Estruturas Metálicas Módulo II Coberturas 1

2 COBERTURAS Uma das grandes aplicações das estruturas metálicas se dá no campo das coberturas de grande vão, especialmente as de caráter industrial. Também devido aos grandes vãos que estas edificações industriais requerem, é de grande conveniência usar-se telhas leves, do tipo fibro- cimento, galvanizada, de alumínio e de plástico(policarbonato) e fibra de vidro. Adiante transcreveremos as características principais de alguns tipos de telhas leves mais empregados. a) Telhas de fibro-cimento, lisas ou onduladas - com 6mm de espessura = 16 kg/m² - com 8mm de espessura = 21 kg/m² Os comprimentos comuns destas chapas são de 0,92, 1,22, 1,53, 1,83m, 2,13, etc. sendo que com o recobrimento (remonte das telhas), possibilitam vãos máximos de 1,08 e 1,69m,etc. b) Telhas galvanizadas, trapezoidais ou onduladas para espessura de 0,5mm 5 kg/m² c) Telhas de alumínio (espessura 0,5mm) = 1,5 kg/m² Ação do Vento A norma NBR-6123 especifica as características e forma de atuação do vento, cujas particularidades são estudadas em cada caso. Cálculo para Dimensionamento de Coberturas Metálicas 1) Caso não esteja fixado a priori o intereixo das tesouras, por imposição de intercolúnio existente, fixa-se este em torno de 5 metros, procurando não ultrapassar este valor, a fim de não resultarem seções de terças muito avantajadas. 2) Fixa-se o ponto da tesoura (relação altura/meio vão), dependendo do material utilizado para as telhas: Para telhas de fibrocimento, zinco, alumínio e similares, isto é, de pouco peso, usa-se uma inclinação reduzida, de 15º a 30º máximo, com o fito de oferecer resistência mínima à ação do vento. 3) O intereixo das terças é determinado pelo comprimento máximo das telhas e este intereixo determina também o comprimento dos painéis da treliça que constitui a tesoura, a fim de evitar flexão direta nas barras da corda superior da mesma. 2

3 Atuação estática das coberturas As coberturas funcionam estaticamente da seguinte maneira: Terças As telhas apóiam-se no sentido do seu comprimento em peças estruturais chamadas Terças. As seções mais adotadas de terças são as cantoneiras, ferros U e ferros Z, podendo ser perfis laminados prontos ou formados pela dobragem a frio de chapas laminadas comuns. As terças podem ser simplesmente apoiadas ou contínuas sobre 3 a 4 vãos. Podem ser também atirantadas, isto é, armadas mediante tirante e pontaletes inferiores, sistema muito usado em longarinas de vagões. As terças são barras que se apóiam nas tesouras (ou traves principais) da estrutura de uma edificação e servem de apoio direto para as telhas da cobertura ou do fechamento lateral (nesse caso recebe a denominação de longarina de fechamento). Os tipos de fixação das telhas mais empregados são os ganchos e os parafusos com rosca soberba chamados de parafusos auto-brocantes. Estes parafusos são os mais utilizados em telhas de aço e alumínio e permitem a fixação sem furação prévia. Nos casos onde as telhas são simplesmente fixadas às terças, por meio de ganchos ou pinos, como acontece nas telhas de fibrocimento, a interação terça-telha praticamente não existe e o dimensionamento das terças deve ter como hipótese básica que as telhas não conferem estabilidade lateral às terças, portanto essa estabilidade lateral deve ser garantida por um sistema de contraventamento próprio, que na prática é usualmente constituído por tirantes(barras redondas) e barras rígidas (cantoneiras), vinculando determinados pontos das terças aos pontos admitidos como fixos, isto é, as tesouras ou traves principais. Com o desuso de telhas mais pesadas nas edificações industriais, como as telhas de fibrocimento, por exemplo, e a preferência por telhas mais leves e que permitem maior racionalização da construção, como as telhas metálicas (aço zincado e alumínio), a fixação por meio de ganchos foi naturalmente sendo substituída por parafusos auto-brocantes, permitindo uma elevada eficiência estrutural da interação terça-telha, devido à influência do efeito diafragma do painel sobre o comportamento do perfil metálico. Neste caso, pode-se dizer que as telhas metálicas, desde que fixadas adequadamente as terças por meio de parafusos auto-brocantes, contribuem para a estabilidade lateral. Devido a crescente necessidade de incorporar o estudo da interação do sistema terça-telha às etapas de análise e dimensionamento das estruturas de cobertura, diversas pesquisas têm sido desenvolvidas de modo a melhorar a compreensão do comportamento global e local desse sistema. 3

4 Dentre os trabalhos desenvolvidos houve desde a preocupação na determinação da tensão máxima normal até as análises teóricas mais criteriosas. Calculo das Terças 4) Determina-se a carga das telhas e acessórios, por meio de tabelas que dão pesos por metro quadrado para cada tipo. 5) Multiplica-se esta carga por metro quadrado pela distância das terças e obtém-se a reação sobre a terça, em quilos por metro linear de vão de terça. 6) Arbitra-se o peso próprio da terça em base a projetos semelhantes. 7) Soma-se este peso próprio a reação das telhas e tem-se assim o total da carga permanente vertical. 8) A carga acidental proveniente da ação do vento é obtida segundo a Norma NBR-6123, em que a ação do vento é dada em kg/cm², em função da altura, forma e tipo de construção. 9) Calcula-se o momento fletor em dois planos: no plano perpendicular à superfície do telhado e no plano paralelo à mesma: a) No plano do arco toma-se a carga permanente (vertical) e multiplicam-se as cargas pelo ângulo formado entre do arco no ponto tangente. b) No plano paralelo ao do telhado multiplica-se a carga permanente pelo seno do ângulo da cobertura. 10) Escolhe-se um perfil U, Z ou L, que satisfaça aos momentos nas duas direções antes determinadas. 11) Calcula-se a reação vertical de uma terça, a fim de poder aplicá-la nos nós da tesoura, quando do cálculo desta, que vem a seguir. 4

5 Tesoura São estruturas compostas de perfis do tipo cantoneira, Viga U, Tubos, etc., ligadas através de nós estruturais (encontro das barras) que são parafusadas, soldadas ou rebitadas formando quadros denominadas treliças. Tipos usuais de tesouras e nomenclatura de suas partes componentes: Tipo mais comum de tesoura é empregado quando não há necessidade de dispositivos especiais de ventilação e iluminação. Pode ser usado tanto em pequenos como em grandes vãos. Tipo Polonceau usados quando há necessidade de pé direito livre maior. 5

6 Tipo Alpendre usado em coberturas externas de galpões não necessitando de colunas em um dos lados, muito utilizado em acesso de caminhões, recebimento de mercadorias, etc. Tipo Dente de Serra ou Shedd usado quando a área a cobrir necessita de ventilação e iluminação natural por cima. Os painéis verticais são orientados no sentido do quadrante norte, para garantir isolação máxima. Para dar maior acesso à luz, podem-se usar em vez de painéis verticais, painéis suficientemente inclinados para tal. As colunas intermediárias podem ser suprimidas, desde que os planos ocupados pelos painéis de iluminação sejam incorporados a vigas em treliça, atuando no sentido do eixo longitudinal do edifício, porém tal solução, por ser mais onerosa, só deve ser adotada se for imprescindível haver espaço livre na área a cobrir. 6

7 Calculo das Tesouras 12) Aplica-se nos nós da tesoura já esboçada em suas linhas de eixo das peças componentes a reação obtida no item ) É feita então a determinação dos esforços nas barras, seja pelo método das seções, ou dos momentos ou pelo método gráfico de Cremona, que é o mais adotado para tesouras comuns com nós que não tenham mais de três barras concorrentes, a fim de não precisar levantar a indeterminação do nó mediante processos auxiliares. 14) Determinados os esforços e sua natureza (compressão ou tração), procede-se ao dimensionamento, como de praxe. TIPOS MAIS COMUNS DE COBERTURAS Cobertura em duas águas - Utilizada em galpões com larguras pequenas e médias 6 15 mt 7

8 Cobertura em arco -Este tipo é indicada para médios e grandes vãos, muito utilizados em coberturas de ginásios poliesportivos, galões de armazenamento entre outros,são estruturas leves e muito resistentes. 8

9 Cobertura tipo Shed - Utilizada com muita freqüência em galpões industriais, pois apresentam saída de ar quente e entrada de iluminação na parte superior, mantendo um ambiente bastante ventilado e iluminado. 9

10 Longarinas As telhas são fixadas no sentido do seu comprimento na lateral do galpão em peças estruturais chamadas Longarinas. As seções mais adotadas de longarinas são perfis de aço em forma de U e ou Z normal ou enrijecido, podendo ser laminados prontos ou formados pela dobragem a frio de chapas laminadas comuns. 10

11 As longarinas são soldadas ou parafusadas nas colunas laterais ou frontais do galpão fazendo o fechamento vertical, servindo de apoio para as telhas do fechamento. O dimensionamento das longarinas devem ter como hipótese básica que as telhas não conferem estabilidades as longarinas, portanto a estabilidade lateral deve ser garantida por um sistema de contraventamento e ou através de correntes próprias que na prática é usualmente constituídos por tirantes (barras redondas) e barras rígidas (cantoneiras), vinculando determinados pontos das longarinas a pontos admitidos como fixo, isto é, as colunas. Pode-se dizer que as telhas metálicas, desde que fixadas adequadamente as longarinas por meio de parafusos auto-brocantes contribuem para a estabilidade lateral. As longarinas são fixadas de maneira que a maior resistência do seu perfil seja instalada de modo a resistir a força lateral do vento. 11

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