Estruturas Metálicas. Módulo IV. Cobertura

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1 Estruturas Metálicas Módulo IV Cobertura

2 COBERTURA 1.Considerações Gerais No módulo II já vimos ás partes que compõe a cobertura. A cobertura constitui a parte superior da construção que tem como função desviar e coletar as águas pluviais, bem como proteger a construção da incidência dos raios solares, de modo a propiciar conforto térmico adequado no interior da edificação. A cobertura se compõe, normalmente, das seguintes partes: uma parte resistente (estrutural), que pode ser uma laje de concreto armado, uma estrutura de madeira, uma estrutura metálica (aço ou alumínio) ou uma estrutura pré-moldada de concreto; elementos de vedação ou revestimento que podem ser constituídos pelos mais diversos tipos de telhas (cerâmicas, de cimento-amianto, de argamassa de cimento, de alumínio, de aço galvanizado, de vidro, de madeira, de pedra, palha, etc.); elementos de proteção que possibilitam a obtenção de adequado isolamento térmico e acústico. Uma cobertura bem projetada deve apresentar as seguintes características: leveza, durabilidade, resistência estrutural e estabilidade geométrica; impermeabilidade e secagem rápida após as chuvas; bom isolamento térmico e acústico, bem como acomodação às dilatações térmicas, facilidade de construção, de inspeção e manutenção; custo econômico. O projetista da cobertura deve se preocupar com as seguintes condições de projeto: qual o uso da cobertura (terraço ou telhado)? qual o tipo de estrutura de suporte é mais adequada à cobertura (madeira, metálica, concreto, etc.)? qual tipo de telha é mais adequado para a utilização na edificação (fibro-cimento, cerâmica, alumínio, etc.)? quais as dimensões das telhas disponíveis no mercado que podem ser utilizadas no projeto? 1

3 que tipo de inclinação e recobrimento as telhas devem ter? quais as condições climáticas no local da edificação (pluviosidade, vento, radiação, temperatura etc.)? a que sobrecarga a cobertura está sujeita (vento, neve, luminárias, etc.); existe previsão de iluminação e ventilação natural pela cobertura? existe necessidade de aplicação de isolamento térmico e acústico? há possibilidade de existência de beiral no telhado? Exemplo de coberturas com diversos tipos de materiais cerâmica 2

4 ondulada de cimento amianto Pré-moldada de concreto 3

5 Inclinação da cobertura A inclinação da cobertura é função do modelo de cobertura adotado (terraço ou telhado), do tipo de telha a ser utilizado e das condições ambientais. Quando se define que a cobertura deve ser utilizada como terraço, evidentemente, sua inclinação, deve ser próxima de 0, o que dificulta o escoamento das águas pluviais, devendo-se tomar cuidados especiais com a impermeabilização do terraço. Normalmente, quando da execução de impermeabilizações de terraços, procede-se à execução do isolamento térmico e acústico das lajes de concreto, visto que estas apresentam alta condutibilidade e inércia térmica. Caso se tenha optado por uma cobertura em telhado deve-se observar a inclinação admitida pela telha escolhida. Por exemplo, a maioria das telhas cerâmica exige o emprego de grande caimento, enquanto grandes telhas de fibrocimento, galvanizadas e de alumínio admitem o emprego de caimentos menores. Tabela: Caimentos utilizados em função do tipo de telha Telhas cerâmicas Telhas de fibrocimento Telhas metálicas Tipo de Telha Inclinação francesa 35% colonial ou capa/canal ou paulista 35% plan, super-plan, portuguesa 20% canaleta 44, calhetão 90 3% modulada 10% ondulada 20% alumínio ondulado ou trapezoidal 5% canaleta de aço estrutural 3% ondulada ou trapezoidal de aço galvanizado 10% O caimento de uma cobertura pode ser informado na forma percentual, como indicado na tabela anterior, ou numa unidade angular, por exemplo, em graus. A título de esclarecimento, no exemplo seguinte é feita transformação de percentual para graus e vice-versa. No exemplo abaixo, temos uma inclinação de 20 (Graus) que aplicando a tangente deste ângulo e multiplicando por 100, obtemos a porcentagem em inclinação da cobertura, portanto tag 20 X100= 36,39 este valor é a inclinação da cobertura em porcentagem. 4

6 Terminologia usada em telhados A seguinte terminologia é usada para definir os diversos componentes do telhado. Água Chama-se água de um telhado à superfície plana ao longo da qual ocorre o escoamento das águas pluviais, logo um telhado pode ser de uma, duas, três, quatro águas ou combinações dessas situações, formando telhados mais complexos. Beiral A parte do telhado que se projeta além das paredes exteriores da edificação é chamada de beiral. Cumeeira É a aresta horizontal correspondente ao encontro de duas águas, estando localizada, normalmente, na parte mais elevada do telhado. Espigão O espigão é um divisor de águas, sendo a aresta inclinada delimitada pelo encontro de duas águas que formam um ângulo saliente. Rincão O rincão é um captador de águas, sendo a aresta inclinada delimitada por duas águas que formam um ângulo reentrante. 5

7 Rufo É a peça complementar que faz o arremate entre uma parede e o telhado Fiada É a seqüência de telhas na direção de sua largura. Aberturas laterais e de lanternim Nos galpões que não possuem internamente equipamentos que gerem calor, a ventilação ou renovação interna do ar deve ser feita de forma natural pelo chamado efeito lareira. O ar de renovação penetra pelas aberturas colocadas nas partes inferiores dos tapamentos laterais e frontais ao mesmo tempo em que o ar viciado sai pela abertura superior, através do lanternim. As aberturas laterais e a abertura do lanternim podem ser calculadas de acordo com as seguintes considerações simplificadas: V = volume interno do galpão em m3; velocidade do vento no exterior do galpão considerada nula; v = velocidade de saída do ar através da abertura do lanternim, considerada entre 1e 1,5 m/s; L = comprimento total do galpão em m; n = número de vezes que o ar interno do galpão vai ser renovado por hora, considerado de 15 a 30 renovações por hora; h1 = altura da abertura lateral 6

8 h2 = largura da abertura do lanternim em m = em m, levando-se em conta que são duas as aberturas laterais e que a soma delas deve ser uma vez e meia a abertura do lanternim. Ações de Cargas Acidentais Verticais: o anexo B da NBR 8800 estabelece que nas coberturas comuns, não sujeitas a acúmulos de quaisquer materiais e, na ausência de especificação em contrário, deve ser prevista uma carga nominal mínima de 25kgf/m2. É, portanto, carga que não havendo outra especificação deverá ser adotada como mínima. No entanto, em Galpões Industriais de médio e pequeno porte médio no nosso caso, pode-se adotar uma carga acidental vertical, que denominamos sobrecarga, da ordem de 15kgf/m2. Essas cargas acidentais serão convencionadas por C.A. Assim como as cargas permanentes, as acidentais serão consideradas como de projeção horizontal. 7

9 - Ações do vento em edificações O vento não é um problema em construções baixas e pesadas com paredes grossas, porém em estruturas esbeltas passa a ser uma das ações mais importantes a determinar no projeto de estruturas. As considerações para determinação das forças devidas ao vento são regidas e calculadas de acordo com a NBR 6123 Forças devidas ao vento em edificações. A maioria dos acidentes ocorre em construções leves, principalmente de grandes vãos livres, tais como hangares, pavilhões de feiras e de exposições, pavilhões industriais, coberturas de estádios, ginásios cobertos. Ensaios em túneis de vento mostram que o máximo de sucção média aparece em coberturas com inclinação entre 8ᴼe 12ᴼ, para certas proporções da construção, exatamente as inclinações de uso corrente na arquitetura em um grande número de construções. As principais causas dos acidentes devidos ao vento são: a) falta de ancoragem de terças; b) contraventamento insuficiente de estruturas de cobertura; c) fundações inadequadas; d) paredes inadequadas; e) deformabilidade excessiva da edificação Efeito do vento nas edificações 8

10 Muitos casos não são considerados dentro da NBR 6123, porém quando a edificação, seja por suas dimensões e ou forma, provoque perturbações importantes no escoamento ou por obstáculos na sua vizinhança, deve-se recorrer a ensaios em túnel de vento, onde possam ser simuladas as características do vento natural. É importante definir alguns dos aspectos que regem as forças devidas ao vento, antes de passar a seu cálculo. O vento é produzido por diferenças de temperatura de massas de ar na atmosfera, o caso mais fácil de identificar é quando uma frente fria chega na área e choca-se com o ar quente produzindo vento, esse tipo de fenômeno pode ser observado antes do início de uma chuva. Define-se o termo barlavento com sendo a região de onde sopra o vento (em relação a edificação), e sotavento a região oposta àquela de onde sopra o vento ver figura abaixo: Cargas das Ações dos Ventos: As ações do vento sobre as estruturas estão inclusas nas denominadas cargas especiais; outras cargas também poderiam ser incluídas nessa classificação, tal qual cargas provenientes de pontes rolantes. Para o projeto em análise, estaremos apenas considerando as cargas da ação dos ventos, já que não teremos pontes rolantes no Galpão Industrial e, ao contrário das demais permanentes e acidentais sua ação não se dá por projeção horizontal e sim por projeção local. 9

11 A ação do vento nas estruturas metálicas é de fundamental importância, e para que se estabeleçam os critérios dessa análise, é preciso conhecer-se as aplicações na NBR 6123 Forças Devidas ao Vento nas Edificações. Essas cargas especiais serão convencionadas por C.V. Para se determinar as componentes das cargas de vento, é necessário o conhecimento de três parâmetros iniciais. Em primeiro lugar, determina-se a denominada pressão dinâmica, que depende da velocidade do vento, estipulada através de gráfico especifico chamado isopletas, que determina a velocidade básica do vento medida sob condições analisadas. As velocidades do vento nos estados brasileiros seguem o mapa abaixo, sendo indicadas nas linhas sinuosas as velocidades características em m/seg. 10

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13 Outros fatores determinantes no calculo da pressão dinâmica, são: O fator topográfico levam em conta as variações do terreno; O fator rugosidade considera como o próprio nome define a rugosidade do terreno, assim como a variação da velocidade do vento com a altura do terreno e das dimensões da edificação e O fator estatístico leva em conta o grau de segurança requerido e a vida útil da edificação. Daí a necessidade de se estabelecer, com certa precisão, a localidade da obra e as condições de utilização da mesma. O segundo parâmetro a ser considerado é: O coeficientes de pressão (Cpe) e de forma (Ce) externos, para edificações das mais variadas formas. O terceiro parâmetro, considera-se o coeficiente de pressão interna (Cpi), que considera as condições de atuação do vento nas partes internas de uma edificação, sob as mais variadas condições. Pressão Dinâmica para que se possa determinar a pressão dinâmica carga de vento (C.V.) é preciso, em primeiro lugar, determinar-se a Velocidade Básica do Vento (V0), obtida através da localidade da obra analisada no denominado Gráfico das Isopletas. Os dados que compõem esse gráfico foram obtidos através de algumas condições peculiares: a) Velocidade básica para uma rajada de três segundos. b) Período de retorno de 50 anos. c) Probabilidade de 63% de ser excedida, pelo menos uma vez, no período de retorno de 50 anos. d) Altura de 10 metros. e) Terreno plano, em campo aberto e sem obstruções. Uma vez determinada a velocidade básica do vento (V0) prossegue-se o cálculo da pressão dinâmica do vento, determinando-se a velocidade característica do vento (Vk), recomendado pela NBR 6123 através da equação: VK = V0. S1. S2. S3 Onde: Vo Velocidade Básica do Vento obter este valor através do mapa. 12

14 S1 Fator Topográfico, este fator se obtém através da tabela abaixo: FATOR TOPOGRÁFICO - TABELA 2 CASO TOPOGRAFIA a) Terreno plano ou fracamente acidentado 1,0 b) Vales profundos, protegidos de ventos de qualquer direção 0,9 c) Taludes e morros: taludes e morros alongados (locais de 1,1 Aceleração do vento) S2 Fator Rugosidade 13

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17 S3 Fator Estatístico E, por sua vez, a pressão dinâmica do vento (qv) será determinada por: QV = 0,613. Vk² Muito embora a NBR 6123 seja de fundamental importância para a análise das estruturas correntes, especialmente a metálica estará dando apenas ênfase aos tópicos da Norma que se relacionam com o desenvolvimento do projeto apresentado, muito embora alguns dos itens que serão apresentados sejam de utilização para os demais tipos de obras não analisadas por agora. 16

18 Fechamento Estrutural Quando há necessidade de confinamento de locais que necessitem de fechamentos laterais, podemos executá-las com estruturas metálicas simplificando a construção. Nos fechamentos de galpões como apresentado na figura abaixo, temos a parte superior fechada em telhas e apoiada com perfis metálicos e na parte inferior da construção temos uma parede de alvenaria que normalmente variam de 1,50 mts à 2,00 mts ou mais dependendo do projeto. A construção em alvenaria na parte superior proporciona um fechamento resistente que aumenta a segurança da construção. A construção superior em metálica apresenta facilidade da instalação e leveza na estrutura. 17

19 As estruturas de fachada muito empregadas hoje em shopping centers e em grandes empresas apresentam um design estrutural muito explorado pelos arquitetos devido as varias formas facilitadas pela construção metálica. A elaboração de um projeto arquitetônico, muitos itens são levados em consideração, sendo dois deles imprescindiveis: prazo de entrega e meio ambiente. A estrutura metálica propicia construções reduzindo o prazo de execução e a quantidade de residuos provenientes da construção. 18

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