SEMESTRE DE VERÃO 2011/2012 TRABALHO 1 DE FÍSICA DAS CONSTRUÇÕES

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1 SEMESTRE DE VERÃO 2011/2012 TRABALHO 1 DE FÍSICA DAS CONSTRUÇÕES MONOGRAFIA SOBRE EXIGENCIAS FUNCIONAIS DA ENVOLVENTE COBERTURAS GRUPO Nº 6 Ricardo Dias, José Rodrigues, João Gamboa, 33320

2 Índice INTRODUÇÃO Segurança estrutural Estanquidade Conforto Higrotérmico Isolamento Acústico Segurança contra Incêndios Durabilidade e manutenção Iluminação Conclusão Bibliografia... 14

3 INTRODUÇÃO No âmbito da Unidade Curricular de Física das Construções será desenvolvido nesta monografia o tema Exigências Funcionais de Coberturas Exteriores. As coberturas exteriores são parte integrante fundamental de qualquer construção, seja um edifício corrente de habitação, um armazém, um centro comercial, uma escola ou um hospital. Como tal é um elemento sujeito a várias solicitações, sejam ela atmosféricas, de uso corrente ou simplesmente acústicas. Assim, as coberturas exteriores, que sejam planas ou inclinadas, ficam sujeitas a algumas exigências funcionais, que serão desenvolvidas mais à frente, mas que de uma maneira geral se resume a: segurança estrutural, estanquidade, conforto higrotérmico, isolamento acústico, segurança contra incêndios, luminosidade, durabilidade e conservação. A aplicação destas exigências ganham uma expressão relevante nos dias que correm visto as condições atmosféricas terem-se tornado inconstantes, chegando estas condições a surgir fora de época. O aumento da poluição sonora, nomeadamente nos grandes centros urbanos, também veio fazer com que estas exigências sejam imprescindíveis de por em prática.

4 1. Segurança estrutural Uma habitação, independentemente do fim a que se destina, deverá assegurar a integridade física dos seus ocupantes perante as diversas situações que possam ocorrer. Uma cobertura sendo elemento constituinte e fundamental de uma habitação tem de ser dimensionada para resistir e não deformar exageradamente perante as seguintes solicitações: Solicitações correntes de serviço combinações de acções de pesos próprios dos elementos da construção; de sobrecargas de utilização, ocupação e manutenção e de solicitações climáticas típicas da região; Fig.1 Solicitações correntes de serviço Solicitações de ocorrência excepcional nomeadamente de acções sísmicas ou de ventos ciclónicos. Atendendo às probabilidades de ocorrência destas acções, a estabilidade da estrutura deve ser assegurada para, no limite, ser possível a evacuação de todos os ocupantes da habitação; Fig.2 Solicitações de ocorrência excepcional Solicitações de ocorrência acidental, em uso solicitações previsíveis resultantes de acidentes (choques devido à queda de pessoas ou objectos) Fig.3 Solicitações de ocorrência acidental

5 As soluções estruturais a adoptar numa cobertura dependem essencialmente da dimensão dos vãos, sendo que em vãos de grande dimensão é possível ocorrer duas situações distintas: coberturas auto-portantes (cascas em betão armado pré-esforçado ou cascas metálicas) e coberturas com elementos de suporte específicos (asnas metálicas, de betão ou madeira; vigas de betão; ou estruturas especiais normalmente metálicas). Nas coberturas inclinadas a componente estrutural principal mais usual é uma laje onde sobre a qual são colocados elementos de protecção assegurando assim a estanquidade e o conforto higrotérmico da habitação. O revestimento pode assentar directamente sobre a laje ou dispor de um espaço (desvão) ventilado ou não ventilado. Devido à inclinação da cobertura esta impõe forças horizontais na estrutura inferior à mesma, forças essas que têm de ser tidas em conta. Nas coberturas em terraço, tal como nas coberturas inclinadas, a principal componente estrutural é uma laje. Devido à inclinação aproximadamente horizontal neste tipo de cobertura, as acções dos agentes atmosféricos ocorrem de forma mais directa e intensa, comparando com outros elementos da construção. A nível regulamentar as acções a considerar são especificadas no RSA (Regulamento de Segurança de Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes) prestando maior atenção à acção do vento na estrutura resistente e nos elementos de revestimento (Capitulo V e Anexo I). Para a quantificação das sobrecargas em coberturas o RSA decreta três tipos de coberturas: Coberturas ordinárias - ( coberturas que, em virtude da sua forma (curvatura ou inclinação) ou pela natureza dos elementos de construção que a constituem, não permitem a fácil circulação de pessoas ) com valor característico de 0,3kN/m 2 ; Terraços não acessíveis - ( coberturas que, embora formadas por elementos de construção que constituem habitualmente pavimento, têm a sua acessibilidade condicionada a fins de reparação ) com valor característico de 1,0kN/m 2 ; Terraços acessíveis - ( coberturas formadas por elementos de construção que constituem habitualmente pavimento e destinadas a utilização como tal ) com valor característico de 2,0kN/m 2.

6 2. Estanquidade A exigência de estanquidade está inteiramente relacionada com a interacção entre a estrutura, neste caso uma cobertura, e os agentes atmosféricos. Quanto mais agressivo for o meio envolvente, mas atenção terá de ser dada a esta exigência. É necessário que seja garantida a estanquidade à água e ao ar (com materiais sólidos). Fig.4 Zonamento Climático resultante da combinação vento-precipitação Relativamente à estanquidade à água deve ser assegurado que a água proveniente da precipitação, neve e humidade do ar mantém-se à superfície da envolvente da cobertura ou numa espessura limite que não altere o seu desempenho e não origine manchas de humidade no interior da habitação. Para manter a estanquidade devem ser acauteladas as previsíveis deformações da estrutura. Qualquer que seja o tipo de revestimento usado é este elemento que retira a água da cobertura, sendo que quanto menor for a unidade de revestimento (p.e. telhas), maior deverá ser a inclinação da cobertura para que a água não se infiltre pelas juntas. No caso de unidades de revestimento maiores (p.e. chapas) as coberturas podem apresentar uma inclinação inferior. No caso das coberturas em terraço a água permanece mais tempo nos elementos de revestimento, relativamente às coberturas inclinadas, obrigando à existência de camadas totalmente estanques e sem juntas. Nestes casos a inclinação deverá ser a máxima possível, atendendo ao tipo de utilização futura. Quanto à estanquidade/permeabilidade ao ar os agentes que interagem com a cobertura são o ar em movimento (vento) e o ar exterior em depressão ou em sobrepressão relativamente ao ar interior da habitação. As infiltrações através da cobertura devem ocorrer de forma a evitar perdas de calor excessivo e correntes de ar frio mas possibilitando a ventilação dos locais cobertos.

7 As soluções correntes para revestimento de coberturas inclinada são chapas e caneletes (em fibrocimento, plástico ou metal) ou telhas (lusa, marselha, canudo, romana, plana). Ao recorrer a telhas canudo em coberturas com pouca inclinação é usual utilizar subtelhas normalmente em chapa ondulada de fibrocimento, plástico ou metal de forma a assegurar a estanquidade. Nas coberturas em terraço a impermeabilização poderá encontrarse sobre a camada isolante (solução tradicional) ou sob a camada isolante (solução invertida). Os revestimentos mais utilizados são telas, gravilha, placas ou mosaicos assentes com argamassas ou betonilhas afagadas ou esquarteladas e chapas metálicas. Fig.5 Catálogo Torreense Telha Marselha

8 3. Conforto Higrotérmico Em qualquer tipo de construção, esta exigência tem uma importância enorme, visto que por aqui passa, em boa parte, a responsabilidade de uma vida saudável de quem usufrui do espaço. O conforto higrotérmico é afectado por vários factores, em que a temperatura, humidade, movimentação de ar, luz e insolação estão no grupo de factores climáticos e o metabolismo, a idade ou o tipo de roupa usada simbolizam factores pessoais de quem frequenta o espaço. Assim sendo, e tendo em conta estes factores, o espaço deve ser projectado equacionando todas estas variáveis. Destes factores, anteriormente enumerados, aqueles que podem causar variações de comportamento térmico mais acentuadas são a temperatura, a humidade relativa, a insolação e as movimentações de ar. Essencialmente é por aqui que passa grande parte da sensação de bem-estar de um espaço, para tal as coberturas exteriores, sejam elas planas ou inclinadas, devem ser suficientemente estanques por forma a impedir a entrada de água para o interior, quer seja proveniente da pluviosidade ou pela humidade causada pelas baixas temperaturas nocturnas, bem como o vento. Como tal, é possível a aplicação de telas impermeabilizantes que impedem então este fenómeno. Em muitos casos a aplicação de um isolante térmico é extremamente aconselhável, visto ser uma mais-valia para temperaturas elevadas e zonas onde a insolação é constante, impedindo assim um aquecimento excessivo do interior. Estes isolamentos podem ser feitos com lã de rocha, aglomerado de cortiça expandida ou aglomerado negro de cortiça e poliestireno extrudido. As cores a adoptar para uma cobertura também são importantes, assim, deve-se sempre optar por cores claras visto serem aquelas que reflectem mais a luz solar, existindo assim uma menor absorção do calor. Por forma a facilitar a movimentação de ar, especialmente em coberturas de habitação inclinadas, é usual utilizar-se caixa-de-ar entre as telhas e os outros elementos constituintes proporcionando assim uma maior ventilação na cobertura. Em coberturas, pode em alguns casos ser conveniente a presença de elementos de passagem de luz, seja por forma de janelas (em sótãos) ou por placas acrílicas em armazéns mas, se por um lado é uma opção que facilita a passagem de luz natural para o interior, por outro é através dos envidraçados que existe maior risco de ocorrerem trocas térmicas, e por isso, surge a necessidade de usar uma solução adequada, em muitos casos recorrendo a vidro duplo. Fig.6 Cobertura com ventilação Fig.7 Cobertura com Isolamento e Tela Impermeabilizante

9 4. Isolamento Acústico Dando continuidade às exigências que influenciam a saúde, o conforto acústico é também em grande parte responsável pelo bem-estar de quem usufrui do espaço em questão. Deficientes soluções para impedir a progressão de ruído proveniente do exterior podem causar graves desconfortos e incómodos indesejados. Sendo as coberturas um elemento de ligação com o exterior é importante garantir que os mesmos ruídos que surgem do exterior sejam debelados, isto é, é importante criar uma solução para que impeça o barulho da chuva, a incidência do vento na cobertura ou a passagem de veículos motorizados (carros, comboios, aviões) para o interior do espaço a isolar. Assim sendo, há que ter em conta a zona onde a construção será efectuada visto que pode o ruído exterior ter maior incidência do que ruídos emitidos pela vizinhança. Desta forma, é importante relacionar estes mesmos ruídos com a escala do limiar da dor na audição, de uma forma geral o bem-estar auditivo passa por valores entre os 10 e os 50 decibéis (db) enquanto o barulho de um comboio, avião ou tráfego automóvel intenso pode atingir valores na ordem 100 e 120 db sendo estes valores incomodativos e dolorosos para quem está sujeito a eles. De referir que em períodos nocturnos os valores aceitáveis baixam significativamente para valores na ordem dos 5 a 10 db. A fim de minimizar o descrito anteriormente, um isolamento acústico deve ser projectado e executado com muito critério, pois uma falha na composição dos materiais ou no método construtivo utilizado pode permitir a passagem do som quase na totalidade. Deve ser então escolhido um material que seja pesado e que apresente uma grande massa molecular com a finalidade de impedir o som de passar de um ambiente para o outro. Dentro dos materiais mais indicados para reduzir essa passagem de som encontram-se a lã de rocha (fig.8), lã de vidro e aglomerado de cortiça (fig.9). Além de bons isolantes térmicos são também bons absorventes de ruído, isto é, se for aplicado pelo interior tem a capacidade de absorver o ruído emitido no, não o deixando sair para o exterior. Fig.8 Lã de Rocha Fig.9 Aglomerado de cortiça

10 5. Segurança contra Incêndios Esta é mais uma exigência que requer também muita atenção, visto ser a que em caso de catástrofe pode fazer a diferença entre salvar e vidas ou não. Como tal existem alguns requisitos que são obrigatórios serem seguidos, os quais constam na publicação da Autoridade Nacional da Protecção Civil sobre Segurança Contra Incêndios em Edifícios. Será prioritário salvar o edifício ou quem está nele? A prioridade passa por, em primeiro lugar, retirar com vida e em segurança todas as pessoas que estejam dentro do edifício em tempo útil, tendo em conta que podemos estar perante uma situação em que haja doentes, idosos e ocupantes com mobilidade reduzida. Este plano de salvaguarda tem de ser delineado de acordo com várias condicionantes adjacentes ao incêndio, mais propriamente a propagação do fogo, desenvolvimento de gases tóxicos e fumos de opacidade elevada. Por outro lado temos que ter em conta o pânico gerado pelos ocupantes. De acordo com o regulamento, em edifícios com mais de 28 metros as coberturas devem ser sempre em terraço acessível com um espaço ocupado inferior a 50% da área útil, em edifícios com menos de 28 metros as coberturas devem ter uma guarda exterior em toda a periferia. De acordo com as classes de resistência ao fogo, no caso de existirem vãos envidraçados (clarabóias) estas devem garantir uma classe de resistência padrão EI 60 ou superior. Nos casos de edifícios em média altura, considera-se que os elementos estruturais sejam construídos com materiais de classe de reacção ao fogo A1 ou com madeira. De seguida irá ser apresentada as Classes de Reacção ao Fogo bem como a classificação de Resistência ao Fogo descrita: Fig.10 Níveis de Solicitação Térmica Fig.11 Classes de Reacção ao Fogo

11 De acordo com o sistema Europeu de classificação ficamos a saber que os elementos pouco ou muito pouco combustíveis são classificados como A1 ou A2 crescendo na escala até F onde se encontram os mais combustíveis, por sua vez devem ser evitados. Na figura 10 encontram-se os três níveis de solicitação térmica: fogo plenamente desenvolvido na peça, solicitação por um objecto em fogo ou fogo plenamente desenvolvido na peça vizinha e ataque pela pequena chama. Fig.12 Classes de Resistência ao Fogo Define-se E por estanquidade a chamas e gases quentes e I isolamento térmico. De acordo com a classe assim corresponde o tempo que resiste ao fogo.

12 6. Durabilidade e manutenção Uma cobertura é, em princípio, o componente que durante mais tempo está sob a acção do sol e agentes atmosféricos, como o vento e a chuva e, em certas zonas, neve ou gelo. É, portanto, vital que os materiais utilizados na construção de coberturas sejam capazes de lidar com altas temperaturas, sejam resistentes à água (estanques) e à carga que estes agentes podem exercer. No caso de coberturas inclinadas, que por norma são de difícil acesso e circulação, é importante evitar a necessidade de manutenção regular. Quando estas são correctamente executadas e isoladas, não se dá a infiltração de água (que provoca o apodrecimento de madeira, oxidação de metais e desagregação do betão) e a cobertura dura facilmente o período de vida útil do edifício sem necessidade de intervenções de maior, salvo ocasiões excepcionais. Ainda assim, é prudente a execução de meios de circulação como pranchas e passadeiras, que permitam a movimentação de pessoal sem que seja necessário pisar directamente as telhas, evitando eventuais danos acrescidos. Fig.13 Exemplo Cobertura Inclinada Em coberturas planas, existe maior facilidade de concentração de água e, consequentemente, maiores exigências no que toca a manutenção. Para o seu isolamento, é comum a utilização de asfalto e betumes, que tendem a der um desgaste relativamente elevado, principalmente no caso de terraços sujeitos ao acesso periódico de pessoas, e que, só por si, têm um período de vida útil reduzido. Assim sendo, é essencial que este tipo de coberturas ofereça condições de escoamento de águas e estanquidade. Em qualquer dos casos, deve ser realizada regularmente uma vistoria do estado de manutenção da cobertura no que toca a vegetação e sedimentos acumulados pelo vento, que podem obstruir vias de escoamento de águas e causar problemas de estanquidade. Fig.14 Exemplo Cobertura Plana

13 7.Iluminação Por uma questão de poupança de energia, é de algum interesse permitir a passagem de luz pela cobertura. No caso de edifícios de habitação, pode-se aproveitar a luz do dia para iluminação de alguns vãos de escada, sótãos e salas de equipamentos e em certos casos, garagens e escritórios. Fig.15 Exemplo Iluminação em edifício de habitação Fig.16 Exemplo Iluminação em edifícios de serviços Em edifícios de serviços como escolas e hospitais, o aproveitamento de luz natural é de elevada importância, uma vez que se tratam de grandes áreas que envolvem custos elevados para questões de iluminação. Algumas soluções para iluminação através da cobertura são túneis de luz, clarabóias e telhas de vidro. Fig.17 Túnel de luz Fig.16 Telha de vidro Fig.19 Clarabóia

14 Conclusão A cobertura é o elemento construtivo que em primeira mão nos protege dos agentes atmosféricos e, como tal, deve ser levado em grande consideração. No entanto, fora do seu contexto de isolamento e protecção, é um espaço normalmente inútil e inacessível no dia-adia do cidadão comum e é fácil esquecer ou menosprezar o que pode correr mal ou que podia correr melhor. Do ponto de vista energético, é essencial olhar para uma cobertura como uma fonte de energia, seja eléctrica, térmica ou luminosa. Numa conjuntura de crise energética, é imperativo não desprezar a possibilidade de auto-sustentar uma percentagem dos requisitos de qualquer edifício. Bibliografia o Regulamento de Segurança de Acções para Estruturas de Edifícios e Pontes (RSA); o Ana F. Lages Coberturas de Edificios Aplicação de um Sistema Pericial na Avaliação do Custo e Qualidade; Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 1994; o Ruy J. Gomes Necessidades Humanas e Exigências Funcionais da Habitação. LNEC 1978; o o o António C. Piedade Exigências Funcionais das Edificações; o Fichas Técnicas Telhas Cerâmicas e Telhados ; Torreense; o Sebenta Coberturas Edifícios; ISEL-DEC