O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente.

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1 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Resumo Os sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente são hoje em dia uma solução já bastante utilizada em coberturas de grandes dimensões, sobretudo em edifícios industriais e comerciais. Esta dissertação tem como objectivo fundamental o estudo das coberturas em terraço utilizando sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. É feita uma análise detalhada dos vários aspectos relativos a este tipo de sistema, estudando-se a mecânica do seu funcionamento, especialmente no que diz respeito às respostas à acção do vento, os efeitos dos seus componentes na resistência global do sistema, a optimização da tecnologia construtiva e o seu dimensionamento através do Eurocódigo 1 (EC 1) e do Regulamento de Segurança e Acções para Edifícios e Pontes (RSA), recorrendo-se a um exemplo tipo. Analisase um caso de estudo que consta de uma reabilitação de uma cobertura com recurso a um sistema de impermeabilização fixado mecanicamente. No âmbito desta dissertação, estudam-se os tipos de ensaios de sucção do vento, especialmente os contemplados no guia europeu para a aprovação técnica relativo aos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente (ETAG 006) e no seu homólogo Canadiano. Realizaram-se ensaios de sucção do vento nas instalações do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), tendo como objectivo a avaliação da influência da espessura do isolamento térmico e das características das membranas de impermeabilização, na resistência dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Deu-se expressão aos resultados obtidos, analisando-se outros resultados recolhidos a partir de documentos de aprovação técnica (ETAs). Finalmente, tendo em consideração os resultados obtidos nos ensaios, foi definido a nível nacional o campo de aplicação de cada um dos sistemas ensaiados, para um conjunto de tipologias de edifícios (industriais/comerciais e habitacionais), em função da altura do edifício, dimensões em planta do edifício, altura das platibandas, existência de aberturas, localização geográfica do edifício e rugosidade aerodinâmica do solo. i

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3 The effect of wind suction on flat roofs. Experimental study of mechanically fastened waterproofing systems Abstract The mechanically fastened waterproofing systems are nowadays widely used in large dimension roofs, mostly in industrial and commercial buildings. This dissertation has as a fundamental goal, the study of low slope roofs, using mechanically fastened waterproofing systems. A detailed analysis is done about the several aspects regarding this kind of systems, studying its functioning mechanics, specially in what concerns the wind response, its components effects in the system s wind resistance, the optimization of the construction technology, and its dimensioning using Eurocode 1 (EC 1) and the National Code of Safety and Loads for Buildings and Bridges (RSA), using a standard case. A case study, regarding a roof s rehabilitation using mechanically fastened waterproofing systems, is analyzed. In the scope of this dissertation, the several types of wind suction tests are studied, especially the ones in the European Technical Approval Guide for mechanically fastened waterproofing systems (ETAG 006) and its Canadian correspondent. Wind suction tests were performed in the National Laboratory of Civil Engineering (LNEC), having as a goal the evaluation of the influence of the thermal insulation thickness, and the influence of the characteristics of the waterproofing membranes in the resistance of the mechanically fastened waterproofing systems. The obtained results were given expression, by analyzing other results, gathered from European Technical Approvals (ETAs). Finally, considering the results given by the tests, the range of application of all the tested systems was defined to a set of building typologies (industrial/commercial and housing), as a function of the building s height, plan dimensions, parapet height, existence of openings, geographical positioning of the building, and ground aero dynamical roughness. iii

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5 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Agradecimentos A realização da presente dissertação só foi possível através do contributo de diversos intervenientes a vários níveis. Seguem-se por isso os respectivos devidos agradecimentos. Ao Engenheiro Grandão Lopes, orientador científico da dissertação, quero expressar o meu profundo agradecimento pela cedência de disponibilidade sem horas marcadas, pelo acompanhamento atento da evolução da dissertação e pelos vários momentos de debate, que foram, para mim, momentos de grande enriquecimento. Ao Professor João Correia, co-orientador científico da dissertação, agradeço muito a larga disponibilidade oferecida, o acompanhamento atento da evolução da dissertação e a sua crítica construtiva, que muito contribuíu para a qualidade final deste trabalho. Ao Professor João Ferreira, agradeço a boa disposição e entusiasmo demonstrado pelo tema abordado, contribuindo deste modo para a minha motivação. Ao Professor Pedro Mendes, os meus agradecimentos pelos seus ensinamentos, nomeadamente ao nível da interpretação do Eurocódigo 1. À empresa IMPERALUM, na pessoa do Engenheiro Jorge Ramos, agradeço a cedência das membranas de impermeabilização utilizadas nos ensaios experimentais. À empresa TERMOLAN, na pessoa do Engenheiro Luís Nogueira, agradeço a cedência da lã de rocha utilizada nos ensaios experimentais. À empresa OMNITRADE, na pessoa do senhor Ricardo Silva, agradeço a montagem das maquetas, o fornecimento das chapas metálicas nervuradas e do material de fixação. Ao senhor Pedro Durão da empresa ETANCO, agradeço a disponibilidade e a amabilidade no esclarecimento de algumas dúvidas relativas às mecânicas. Ao Engenheiro André Rosa da empresa SIKA, agradeço a disponibilidade e o interesse demonstrado no esclarecimento de dúvidas relativas aos sistemas de aplicação disponíveis. À Engenheira Paula Albuquerque da empresa SOTECNISOL, agradeço a autorização dada para visitar uma das obras a cargo da sua empresa. Ao senhor José Manuel da Fonseca e ao senhor Ramiro Flores do LNEC, agradeço a colaboração na recepção, preparação dos materiais e realização dos ensaios experimentais. v

6 Agradecimentos Ao meu colega Luís Almeida, agradeço a sua camaradagem e colaboração na realização dos ensaios experimentais. Agradeço muito em especial a amizade de dois grandes amigos: Tiago Rodrigues e Horácio Azevedo. sustento. Finalmente, agradeço à minha mãe o facto de se preocupar comigo e de me dar Esta dissertação é dedicada aos meus pais.. vi

7 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Índice geral Pág. 1 Introdução Enquadramento geral Objectivos da dissertação Organização da dissertação Constituição das coberturas em terraço Considerações gerais Funções e constituição das camadas de uma cobertura em terraço Estrutura resistente Camada de isolamento térmico Materiais constituintes Domínio de utilização Influência do isolamento térmico no desempenho mecânico das coberturas em terraço Revestimento de impermeabilização Materiais constituintes Influência da membrana de impermeabilização no sistema de impermeabilização das coberturas em terraço Camada de forma Barreira ao vapor Camada de difusão do vapor de água Camada de dessolidarização Barreira à circulação do ar Protecção do revestimento de impermeabilização Classificação das coberturas em terraço Quanto à pendente Quanto ao tipo de revestimento da impermeabilização Quanto à camada de protecção da impermeabilização Quanto à acessibilidade Quanto ao modo de ligação da impermeabilização à estrutura resistente vii

8 Índice geral 2.4 Acção do vento sobre as coberturas Pág. 3 Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Sistemas existentes Fixações mecânicas Tipos de parafusos utilizados Sistemas de fixação Sistema pontual Sistema linear Análise comparativa Estrutura resistente Suportes em madeira e seus derivados Estruturas resistentes em betão estrutural, betão de agregados leves e betão celular Estruturas resistentes em chapa metálica nervurada Pontes térmicas em sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Efeito de barreiras à circulação do ar em sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Efeito das placas rígidas sobre isolantes térmicos Execução de coberturas com recurso a sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Caso de estudo de uma obra de reabilitação Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Considerações gerais Enquadramento normativo europeu Guia europeu para a aprovação técnica de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente (ETAG 006) Ensaio de sucção do vento Preparação da maqueta Procedimento experimental Ensaios simplificados viii

9 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Pág Ensaios sobre os componentes Ensaios de sucção do vento Tipos de ensaios de sucção do vento O caso Europeu e o caso Canadiano Equipamento Programa de carga Filosofia de aprovação dos sistemas Apreciação global Campanha experimental Objectivos Programa de ensaios Preparação das maquetas Características dos materiais utilizados Execução das maquetas Execução dos ensaios Resultados obtidos e discussão Resultados obtidos Discussão dos resultados Comparação dos resultados obtidos com outros resultados a nível Europeu Dimensionamento de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Exemplo de aplicação Determinação das cargas actuantes Dimensionamento do sistema de impermeabilização Campo de aplicação dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente testados na campanha experimental Conclusões e recomendações para desenvolvimentos futuros Conclusões Recomendações para investigações futuras Bibliografia ix

10 Índice geral Pág. ANEXOS ANEXO I I-1. Resultados de combinações efectuadas em edifícios sem platibanda I-2. Resultados de combinações efectuadas em edifícios com platibandas com altura de 0,5 m I-3. Resultados de combinações efectuadas em edifícios com platibandas com altura de 0,9 m I-4. Resultados de combinações efectuadas em edifícios com platibandas com altura de 1,2 m ANEXO II II-1. Características geométricas das chapas metálicas nervuradas, parafusos e plaquetas utilizadas na campanha experimental ANEXO III x

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12 1.Introdução Índice de figuras Pág. Figura 1 - Perda de adesão entre a membrana de impermeabilização e a película de adesão do isolamento térmico... 8 Figura 2 - Perda de adesão entre a membrana e a película de adesão do isolamento térmico e rotura do isolamento térmico na interface com a película de adesão... 8 Figura 3 - Representação do funcionamento da rosca de segurança Figura 4 - Aplicação da fixação no banzo inferior (braço maior) Figura 5 Aplicação da fixação no banzo superior (braço menor) Figura 6 Esmagamento do isolamento térmico pronunciado, devido ao elevado comprimento do fuste comprido do parafuso, resultante da grande espessura do isolamento térmico Figura 7 Esmagamento do isolamento térmico de importância menor, devido às dimensões reduzidas do fuste do parafuso Figura 8 - Funcionamento de uma camada de difusão do vapor de água Figura 9 - Resposta estática Figura 10 - Resposta dinâmica Figura 11 - Acção do vento de sobre uma cobertura em terraço incidência perpendicular Figura 12 - Acção do vento de sobre uma cobertura em terraço incidência oblíqua Figura 13 - Acção do vento em coberturas em terraço com e sem platibanda Figura 14 - Solidarização em toda a largura de sobreposição Figura 15 - Solidarização em apenas um lado da sobreposição Figura 16 - Transmissão oblíqua da carga da membrana para a fixação Figura 17 - transmissão simétrica da carga da membrana para a fixação Figura 18 Sistema de camada simples Figura 19 Aplicação da segunda camada de um sistema de camada dupla Figura 20 Parafuso para suporte em chapa metálica nervurada corrente Figura 21 Rebite para suporte em chapa metálica perfurada Figura 22 Parafuso para suporte em chapa metálica perfurada Figura 23 Parafuso para estrutura resistente em betão estrutural Figura 24 Combinação parafuso-bucha para estrutura resistente em betão estrutural Figura 25 Parafuso para suporte em betão celular Figura 26 Parafuso para estrutura resistente em madeira e seus derivados Figura 27 - Esquema de um sistema pontual Figura 28 - Parafuso com rosca de segurança e plaqueta Figura 29 - Máquina auto-recarregável com cinto de parafusos e carregador de plaquetas Figura 30 - Máquina de carregamento manual Figura 31 - Esquema de um sistema linear Figura 32 Pormenor da fixação de um parafuso a uma madre Figura 33 - Linhas isotérmicas de sistema com estrutura resistente metálica Figura 34 - Linhas isotérmicas de sistema com estrutura resistente em madeira xii

13 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Pág. Figura 35 - Circulação de ar na cobertura Figura 36 Sistema de impermeabilização incorporando placas rígidas Figura 37 Vista das duas tipologias construtivas que formam a cobertura Figura 38 Pormenor da chapa metálica da cobertura Figura 39 adoptada para solidarizar os painéis de lã de rocha à estrutura resistente Figura 40 Disposição dos painéis de lã de rocha de forma desfasada Figura 41 Junta de sobreposição da camada fixada mecanicamente Figura 42 Junta de sobreposição da camada colada Figura 43 Aplicação da primeira camada de impermeabilização Figura 44 Aplicação da segunda camada de impermeabilização Figura 45 Fixação utilizada Figura 46 Disposição das Figura 47 Remate no topo das sobreposições Figura 48 Pormenor dos foles da primeira camada Figura 49 - Disposição construtiva aconselhada Figura 50 - Sequência de aplicação da carga em cada ciclo Figura 51 - Percentagens de aplicação de cada carga e número de ciclos correspondentes Figura 52 Sequência de aplicação das cargas Figura 53 Diagrama geral de funcionamento dos ensaios simplificados Figura 54 - Exemplo do andamento de um ensaio estático (FM Global) Figura 55 Equipamento de sucção do vento Figura 56 Percurso do vento na DRF-WT para o modo de aquecimento e de refrigeração Figura 57 Exemplo de um ciclo do ensaio dinâmico Canadiano Figura 58 Exemplo de um ciclo do ensaio dinâmico Europeu Figura 59 Programa de cargas do ensaio da CSA Figura 60 Barrotes utilizados Figura 61 Disposição dos barrotes Figura 62 Sobreposição de uma nervura Figura 63 Disposição das chapas Figura 64 Pormenor da fixação de uma chapa a um barrote Figura 65 Disposição dos parafusos Figura 66 Colocação dos painéis Figura 67 Rectificação dos painéis Figura 68 Fixação utilizada Figura 69 Aspecto final Figura 70 Disposição das membranas da primeira camada xiii

14 1.Introdução Pág. Figura 71 Alinhamento da junta de sobreposição com o ponto médio da aresta da chapa metálica Figura 72 Fixação do primeiro troço de membrana Figura 73 Peças de fixação utilizadas Figura 74 Soldadura das membranas Figura 75 Sequência de aplicação da segunda camada Figura 76 Disposição do troço central da membrana Figura 77 Soldadura do troço central erradamente Figura 78 Refluimento do betume no bordo do troço central Figura 79 Aplicação do último troço após refluimento do betume Figura 80 Disposição das tábuas periféricas Figura 81 Fixação das tábuas Figura 82 Aplicação de um remate Figura 83 Pormenor da execução do remate num canto da maqueta Figura 84 Aspecto final de uma maqueta Figura 85 Colocação da câmara de sucção sobre a maqueta a ensaiar Figura 86 Pormenor do uso de sobras de membrana para tornar estanque ao ar uma zona de canto da maqueta Figura 87 Painel de controlo Figura 88 Ensaio em curso. Observação da deformação do sistema Figura 89 Funcionamento normal da junta de sobreposição Figura 90 Deslocamento da junta de sobreposição devido à ocorrência de pelagem Figura 91 Evidência da rotura por pelagem Figura 92 Exemplo de funcionamento ao corte Figura 93 Exemplo de funcionamento à pelagem Figura 94 Disposição adoptada Figura 95 Disposição sugerida Figura 96 Sistema utilizado Figura 97 Sistema sugerido Figura 98 Alteração das condições de fronteira devido ao estrangulamento da câmara de sucção Figura 99 Gráfico das temperaturas registadas no laboratório ao longo do dia do ensaio da maqueta Figura 100 Valores de provenientes de 28 ensaios de sucção do vento efectuados com membranas de betume polímero SBS em que o modo de rotura foi o rasgamento Figura 101 Representação das zonas duma cobertura Figura 102 Representação da altura do edifício e da platibanda Figura 103 Representação das várias zonas a dimensionar xiv

15 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Índice de tabelas Pág. Tabela 1- Comparação entre o sistema de fixação pontual e linear (adaptado de [37]) Tabela 2 - Propriedades térmicas dos materiais constituintes Tabela 3 Características geométricas dos parafusos utilizados Tabela 4 Características geométricas das plaquetas Tabela 5 Características físicas e geométricas das placas de lã de rocha utilizadas Tabela 6 Características físicas e geométricas das membranas de impermeabilização utilizadas Tabela 7 - Sequência de aplicação das cargas Tabela 8 - Valores de C d Tabela 9 Análise comparativa dos ensaios da EOTA e da CSA Tabela 10 Programa de preparação das maquetas Tabela 11 Características geométricas das chapas metálicas nervuradas Tabela 12 Características geométricas dos parafusos utilizados na fixação do isolamento térmico Tabela 13 - Características geométricas dos parafusos utilizados na fixação das membranas de impermeabilização Tabela 14 Características geométricas das plaquetas utilizadas na fixação do isolamento térmico Tabela 15 - Características geométricas das plaquetas utilizadas na fixação das membranas de impermeabilização Tabela 16 Características geométricas dos parafusos utilizados para a ligação chapa metálica-barrote Tabela 17 Características geométricas dos parafusos utilizados para a ligação entre duas chapas metálicas Tabela 18 Características físicas e geométricas das membranas de impermeabilização utilizadas Tabela 19 Características físicas e geométricas dos painéis de lã de rocha utilizados Tabela 20 Características geométricas dos barrotes de madeira utilizados Tabela 21 Características geométricas das tábuas de madeira utilizadas Tabela 22 Excerto do programa de cargas Tabela 23 Dados relativos ao momento de rotura e às condições ambiente Tabela 24 Determinação do valor de Tabela 26 Comparação entre as características de sistemas de origem espanhola e origem francesa Tabela 27 - Características geométricas do edifício Tabela 28 Valores de para as várias zonas da cobertura Tabela 29 Valores de Tabela 30 Resultado final xv

16 1.Introdução Pág. Tabela 31 Características geométricas de um edifício de tipologia industrial/comercial Tabela 32 - Características geométricas de um edifício de tipologia habitacional Tabela 33 - Densidades das utilizadas nas diferentes zonas da cobertura em edifícios sem uma fachada dominante Tabela 34 - Densidades das utilizadas nas diferentes zonas da cobertura em edifícios com uma fachada dominante xvi

17 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. 1 Introdução 1.1 Enquadramento geral Nos últimos anos, têm ocorrido algumas mudanças relativamente importantes na tecnologia utilizada nas impermeabilizações das coberturas em terraço. O aparecimento dos polímeros como materiais de construção permitiu uma evolução bastante positiva na qualidade dos materiais de impermeabilização. No passado, as telas e os feltros betuminosos eram constituídos por armaduras de fraca resistência, como o cartão ou o algodão, banhadas por uma mistura betuminosa. A incorporação de polímeros nas misturas betuminosas, criando os betumes-polímero, e o aparecimento de armaduras de poliéster de alta resistência, elevaram estes produtos préfabricados (membranas betuminosas) a um novo patamar de desempenho, permitindo o aparecimento de novos métodos construtivos, em que se incluem os sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. A par da introdução das membranas de betumepolímero, também surgiram novas membranas sintéticas com e sem armadura, capazes de integrar o mesmo tipo de sistemas 1.2 Objectivos da dissertação A presente dissertação tem como objectivo fundamental o estudo dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente, enquadrando-os nos restantes tipos de sistemas de impermeabilização. Nesta dissertação, serão focados, em particular, os seguintes aspectos: efeito dos componentes constituintes da cobertura no desempenho global do sistema de impermeabilização; estudo dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente; estudo do Guia Europeu para a Aprovação Técnica 006 (ETAG 006) (European Technical Approval Guideline 006) e comparação de vários aspectos com o seu congénere Canadiano; dimensionamento de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente; estudo da resposta das coberturas em terraço quando sujeitas à acção do vento, nomeadamente através da realização de ensaios de sucção do vento; análise e discussão do processo de aplicação das membranas de impermeabilização; definição do campo de aplicação dos sistemas estudados. 1

18 1.Introdução 1.3 Organização da dissertação Esta dissertação está organizada em seis capítulos. No capítulo 1, faz-se a introdução à presente dissertação, fazendo-se um enquadramento geral da temática em que a mesma se insere, definindo-se os objectivos propostos e a organização da mesma. O capítulo 2 é dedicado às coberturas em terraço em geral, discutindo-se alguns aspectos relativos à sua constituição, às funções das suas camadas, aos tipos de classificação das coberturas em terraço e à acção do vento sobre as coberturas em terraço. No capítulo 3, apresentam-se as características particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente, focando-se a natureza das mecânicas, os sistemas de fixação existentes e os tipos de suporte disponíveis. É apresentado um caso de estudo relativo à execução de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. O capítulo 4 é dedicado ao estudo experimental dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. É referido o enquadramento normativo europeu, apresentando-se o ETAG 006 e os tipos de ensaios de sucção do vento existentes. Neste capítulo, descreve-se igualmente a campanha experimental realizada e analisam-se os respectivos resultados, conferindo-se expressão aos mesmos através da comparação com vários ETAs. Por fim estabelece-se a nível nacional o campo de aplicação dos sistemas testados. No capítulo 5, apresentam-se as conclusões resultantes da realização da presente dissertação, tanto relativamente aos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente em geral, como relativamente à campanha experimental realizada. Finalmente são apresentadas sugestões para investigações futuras a desenvolver no âmbito do estudo dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. 2

19 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. 2 Constituição das coberturas em terraço 2.1 Considerações gerais Os tipos de coberturas em terraço podem definir-se pela posição das suas camadas constituintes. Tais camadas encontram-se dispostas na posição horizontal, ou próximo dessa posição. Segundo o disposto no Eurocódigo 1 (EC 1) [1], uma cobertura considera-se em terraço, se tiver um declive entre -5 e 5. No entanto, segundo o número dois do Artigo 43º do Regulamento Geral da Edificações Urbanas (RGEU), a pendente mínima das coberturas em terraço é de 1% (0,57 ). Como corolário da definição do EC 1 e da imposição do RGEU [2], uma cobertura dita em terraço deverá ter obrigatoriamente uma pendente entre 0,57 e 5. Note-se, no entanto, que outros valores limite são encontrados na bibliografia sobre este assunto. No entanto, visto que o RGEU enquadra as homologações feitas pelo LNEC e, em breve, o EC 1 sucederá ao Regulamento de Segurança e Acções para Edifícios e Pontes (RSA), faz sentido recorrer a ambas as referências para a definição de coberturas em terraço. 2.2 Funções e constituição das camadas de uma cobertura em terraço Nesta secção apresenta-se a descrição das várias camadas constituintes de uma cobertura em terraço, sem que a ordem apresentada corresponda obrigatoriamente à ordem de aplicação. Assim, são descritas as seguintes camadas: estrutura resistente, camada de isolamento térmico, revestimento de impermeabilização, camada de forma, barreira ao vapor, camada de difusão do vapor de água, camada de dessolidarização, barreira à circulação do ar e protecção do revestimento de impermeabilização. 3

20 2.Constituição das coberturas em terraço Estrutura resistente No que diz respeito ao materiais, a estrutura resistente pode ser constituída por [3]: Chapas metálicas nervuradas Pranchas de madeira e seus derivados Estrutura flexível (descontínua) Lajes maciças Lajes aligeiradas Pré-lajes Estrutura resistente rígida contínua Pranchas vazadas Perfis especiais Estrutura resistente rígida descontínua As estruturas resistentes rígidas são caracterizadas por apresentarem naturalmente uma boa rigidez e, por conseguinte, flechas reduzidas, ao contrário das estruturas flexíveis que, por terem uma rigidez reduzida, obrigam à imposição de uma pendente mínima de 3%, para evitar possíveis dificuldades no escoamento da água [3]. A distinção entre estruturas contínuas e descontínuas deve-se ao modo de execução da estrutura em causa. As estruturas monolíticas são consideradas contínuas enquanto que as estruturas constituídas por vários elementos pré-fabricados não solidarizados entre si são consideradas descontínuas. Consoante a acessibilidade, a estrutura resistente de uma cobertura em terraço tem como função resistir a vários tipos de carga, nomeadamente as seguintes: cargas permanentes; equipamentos mecânicos; efeitos dinâmicos de origem natural; sobrecargas de utilização e manutenção do terraço. As estruturas descontínuas rígidas e flexíveis constituem em geral as soluções preferenciais em coberturas de grandes vãos (unidades industriais, pavilhões e superfícies comerciais). As estruturas rígidas contínuas constituem as soluções típicas de coberturas de edifícios correntes (edifícios de habitação, escritórios e estacionamento) [3]. 4

21 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Camada de isolamento térmico dos espaços. Esta camada tem como função impedir as trocas de calor entre o interior e o exterior Materiais constituintes Os materiais isolantes térmicos podem ser classificados de acordo com a sua natureza, como isolantes minerais, isolantes vegetais, isolantes sintéticos e isolantes mistos [4]: Fibras minerais (lã de rocha e vidro) Perlite expandida Vermiculite expandida Betões leves Espuma de vidro Isolantes minerais Aglomerado expandido de cortiça Aglomerado de fibras de madeira Aglomerado de partículas de madeira Aglomerado de aparas de madeira Aglomerado de fibras de linho Isolantes vegetais Poliestireno expandido moldado Poliestireno expandido extrudido Espumas rígidas de poliuretano Espumas de polisocianurato Espumas fenólicas Isolantes sintéticos Perlite expandida + poliuretano Perlite expandida + lã de rocha Isolantes mistos 5

22 2.Constituição das coberturas em terraço Domínio de utilização Tendo em consideração a localização do isolamento térmico, podem distinguir-se as seguintes situações: a) Colocação por baixo da estrutura resistente A solução construtiva de colocação do isolamento térmico por baixo da estrutura resistente, poderá ser mais vocacionada para a reabilitação de edifícios, situação em que o recurso a outras soluções representa normalmente um custo mais elevado. Embora todos os materiais sob a forma de painéis ou mantas pré-fabricadas possam ser utilizados neste tipo de intervenção, tem-se verificado com relativa frequência o uso de espumas de poliuretano projectado e de lã de rocha. b) Colocação entre o suporte e a camada de impermeabilização Esta solução, que é a mais tradicional, pode ser utilizada na generalidade dos edifícios, sejam eles de habitação, industriais, desportivos ou comerciais [3]. Julga-se que os materiais mais utilizados nestes casos sejam as fibras minerais e o betão leve. c) Colocação por cima da camada de impermeabilização (cobertura invertida) Esta solução é bastante utilizada em edifícios de habitação e escritórios [3]. O material de eleição para este tipo de solução é o poliestireno expandido extrudido, pois não altera significativamente as suas propriedades isolantes mesmo na presença de água Influência do isolamento térmico no desempenho mecânico das coberturas em terraço O isolamento térmico, além de contribuir para o conforto térmico dos edifícios, também contribui para o desempenho da cobertura em terraço, condicionando o comportamento das várias camadas da cobertura, nomeadamente a do revestimento de impermeabilização. Assim, tendo em conta a exposição a variações de temperatura e às solicitações mecânicas resultantes da passagem de pessoas ou veículos, o isolamento térmico nas coberturas em terraço deve apresentar propriedades de compressibilidade e estabilidade dimensional compatíveis com o fim a que se destina. 6

23 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. As propriedades evidenciadas irão influenciar bastante o comportamento da impermeabilização, condicionando inclusivamente a colocação da mesma, sob o ponto de vista do seu modo de ligação à estrutura resistente: sistema independente ou aderente [5]. A este propósito, a aplicação do isolamento térmico, consoante a sua natureza e o tipo de suporte utilizado, pode ser feita de um dos seguintes modos [6]: através do uso de concebidas especificamente para a aplicação do isolamento térmico, ou através das da membrana de impermeabilização de sistemas fixados mecanicamente; em sistema independente, havendo assim necessidade de colocar uma protecção pesada; em sistema semi-independente, utilizando por exemplo colas de poliuretano; em aderência total, geralmente através da utilização de colas betuminosas. a) Isolamento térmico em sistemas de impermeabilização aderentes Os sistemas aderentes são provavelmente os mais susceptíveis ao comportamento evidenciado pelo isolamento térmico, tanto devido ao efeito da temperatura, como devido ao efeito do vento. Neste tipo de sistemas, a variação dimensional do isolamento térmico transmite tensões à camada de impermeabilização sobrejacente. A resistência a essas tensões é assegurada não só pela própria impermeabilização mas também pelo material de colagem preconizado para o efeito. No caso das membranas betuminosas, a colagem é geralmente efectuada através de uma camada de betume, presente na superfície superior do isolamento térmico, conjuntamente com o betume da própria membrana de impermeabilização. Como se sabe, este tipo de material fluidifica e perde viscosidade quando submetido a temperaturas elevadas. Assim, são de prever possíveis anomalias no funcionamento do sistema após vários ciclos de subida e descida das temperaturas, tanto diários como anuais e, principalmente, quando se conjugam temperaturas elevadas com ventos fortes [7]. No caso de sistemas de impermeabilização aderentes em que a membrana de impermeabilização seja constituída por outros materiais, torna-se necessária a aplicação de colas. As colas empregues podem ser à base de água ou de solvente, existindo umas que se adequam melhor a determinadas combinações membrana de impermeabilização - isolamento térmico do que outras. Torna-se assim importante não menosprezar a informação disponibilizada pelos fabricantes, que frequentemente sugerem a realização de ensaios de aderência [8, 9]. 7

24 2.Constituição das coberturas em terraço Relativamente ao comportamento do isolamento térmico quando sujeito à acção do vento 1, ensaios levados a cabo neste âmbito por A. Baskaran et al. nas instalações do National Research Council (NRC) do Canada [10] revelaram que o isolamento térmico pode influir de forma decisiva no comportamento de sistemas deste tipo. Neste estudo de índole experimental, que teve como base 3 maquetas de constituição idêntica, fez-se variar a espessura do isolamento térmico utilizando painéis de 50 mm, 2 50 mm (duas camadas de isolamento térmico perfeitamente dessolidarizadas entre si) e 100 mm, sendo em seguida efectuados ensaios de sucção do vento. Na maqueta com o isolamento de 50 mm de espessura, a rotura do sistema deu-se devido a uma perda de adesão entre a membrana de impermeabilização e a película de adesão do isolamento térmico (figura 1), tendo sido registada uma tensão de rotura de 2,8 kpa. Figura 1 - Perda de adesão entre a membrana de impermeabilização e a película de adesão do isolamento térmico (adaptado de [10]) Na maqueta com o isolamento de 2 50 mm de espessura, a rotura do sistema deu-se devido a uma combinação de perda de adesão entre a membrana e a película de adesão do isolamento térmico com a rotura do isolamento térmico na interface com a película de adesão (figura 2), registando-se neste caso uma tensão de rotura de 5,0 kpa. No final do ensaio, a camada inferior de isolamento térmico apresentou-se intacta. Figura 2 - Perda de adesão entre a membrana e a película de adesão do isolamento térmico e rotura do isolamento térmico na interface com a película de adesão (adaptado de [10]) 1 Uma das acções climáticas mais importantes no âmbito desta dissertação, a que adiante se fará referência a propósito dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente 8

25 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Finalmente, na maqueta com o isolamento de 100 mm de espessura, a rotura não chegou a ser atingida, registando-se, no momento de paragem do ensaio, um valor máximo de pressão de 5,7 kpa. Tal como referido, no caso do isolamento térmico constituído por dois painéis de 50 mm de espessura, ambas as camadas encontravam-se solidarizadas apenas através das mecânicas. Após a rotura, verificou-se que a camada inferior se encontrava intacta. Assim, é apenas esta camada superior que terá acompanhado as deformações impostas pela membrana de impermeabilização, sendo essa imposição o motivo natural da sua rotura. Por outro lado, a camada inferior terá exercido um efeito de tampão, dificultando a circulação de ar no interior do sistema, contribuindo assim para uma maior resistência do conjunto, em oposição ao valor da tensão de rotura obtido no ensaio com apenas uma camada de isolamento térmico de 50 mm. Relativamente à diferença de resistência entre os sistemas com camadas de isolamento térmico de 50 mm e de 100 mm, pode afirmar-se que, quanto menor for a compressibilidade do isolamento térmico, menor será a deformação da membrana e, por conseguinte, menores serão também as solicitações transmitidas ao isolamento térmico. Além disso, uma maior inércia também contribui para que o funcionamento do isolamento térmico como barreira à circulação do ar seja mais eficiente. b) Isolamento térmico em sistemas de impermeabilização independentes O isolamento térmico em sistemas independentes é um conceito que tem aplicação prática fundamentalmente em coberturas invertidas. Este tipo de coberturas apresenta-se como uma solução bastante utilizada, possuindo algumas características vantajosas relativamente a outros sistemas [8]: reduz significativamente o choque térmico na membrana de impermeabilização, quer para efeitos diários quer para os sazonais; durante a execução das obras protege a membrana de impermeabilização da ocorrência de danos mecânicos; os painéis isolantes podem ser aplicados sob quaisquer condições meteorológicas. No entanto, existe um inconveniente inerente aos sistemas deste tipo. A ocorrência de precipitação intensa e a consequente presença de um elevado volume de água, implica a utilização de protecção pesada, de modo a impedir a flutuação das placas de isolamento térmico. Note-se que o material de isolamento deverá ter uma absorção de água inferior a 0,5%, em percentagem de volume, para poder ser considerado apto para este tipo de utilização [11]. Ao possuir uma protecção pesada adequada, que tenha em conta as acções indicadas nos regulamentos nacionais, este tipo de cobertura não necessita de qualquer ensaio de 9

26 2.Constituição das coberturas em terraço sucção do vento para avaliar o seu desempenho em obra [7]. Este sistema apresenta-se assim como sendo bastante resistente ao efeito do vento. c) Isolamento térmico em sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente O isolamento térmico utilizado em sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente deve, de um modo geral, apresentar algumas características mecânicas marcadamente diferentes das exibidas noutro tipo de sistemas. Esta diferenciação deve-se ao uso de mecânicas e ao tipo de estrutura resistente. A influência destes factores no sistema pode reflectir-se num funcionamento deficiente por parte da impermeabilização. Aspectos como a compressibilidade, a resistência à flexão e a constituição química do isolamento térmico devem ser tidos em conta na selecção do material. A acção de cargas elevadas em zonas contíguas às das pode originar um deslocamento vertical da membrana, incompatível com o encastramento imposto pela própria fixação. Deste modo, pode desenvolver-se um estado de tensão na membrana superior à resistência ao rasgamento da membrana, dando-se assim a rotura da mesma. Outra situação danosa para a membrana de impermeabilização ocorre quando, ao se aplicar uma carga directamente sobre a fixação, se provoca um movimento relativo entre a plaqueta e o parafuso. Este movimento vai fazer sair o parafuso para fora da plaqueta, provocando a perfuração da membrana colada superiormente na junta de sobreposição. Actualmente, esta é uma situação que pode facilmente ser corrigida, bastando para isso utilizar parafusos que possuam uma rosca por baixo da cabeça. Deste modo, a plaqueta ficará solidarizada ao parafuso, impossibilitando-se o movimento relativo entre ambos e eliminando assim o referido problema (figura 3). Figura 3 - Representação do funcionamento da rosca de segurança [6] Tal como ilustrado nas figuras 4 e 5, a aplicação das mecânicas deve ser feita no banzo superior do suporte e não no seu banzo inferior. Deste modo, é possível reduzir-se a flexibilidade do parafuso, reduzindo-se o risco de esmagamento do isolamento térmico. Caso contrário, as deformações originadas na camada de isolamento térmico podem conduzir a um alívio de pressão e ao consequente escorregamento entre a membrana de impermeabilização e a plaqueta de fixação. Pode acontecer uma situação idêntica quando a espessura da camada de isolamento térmico é elevada (figuras 6 e 7). 10

27 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Outro aspecto a favor da aplicação das nos banzos superiores da estrutura resistente, consiste no facto de que quanto mais curto for o fuste do parafuso, menor será o braço do momento, e por conseguinte, menor será o momento aplicado à estrutura resistente. Figura 4 - Aplicação da fixação no banzo inferior (braço maior) [12] Figura 5 Aplicação da fixação no banzo superior (braço menor) [12] Figura 6 Esmagamento do isolamento térmico pronunciado, devido ao elevado comprimento do fuste comprido do parafuso, resultante da grande espessura do isolamento térmico [12] Figura 7 Esmagamento do isolamento térmico de importância menor, devido às dimensões reduzidas do fuste do parafuso [12] O ETAG 006 recomenda o uso de isolantes térmicos com uma compressibilidade superior a 0.1 Nmm -2 (a 10% de compressão) [13]. A propensão para a ocorrência de anomalias neste tipo de sistemas está directamente relacionada com a compressibilidade do isolamento térmico em causa, pois quanto maior for a sua compressibilidade, maior será o deslocamento por parte da membrana e maior será a propensão para a rotura da mesma. Nesta óptica, dá-se preferência a isolamentos térmicos de massas volúmicas elevadas, especialmente quando as espessuras também forem elevadas, para que possam assim ter uma menor compressibilidade. Dois tipos de estruturas resistentes vulgarmente utilizadas são as chapas metálicas nervuradas e os vigamentos em madeira. Tanto um como o outro apresentam vãos entre nervuras ou vigamentos que variam consoante os materiais utilizados. Um isolamento térmico disposto sobre estes materiais terá de funcionar à flexão. Como se pode imaginar, nem todos os tipos de isolamento são compatíveis com este tipo de funcionamento, correndo-se o risco de ocorrerem deformações excessivas dos mesmos por flexão. Este facto pode originar deformações da membrana incompatíveis com o encastramento nas, originando-se assim a rotura do sistema. 11

28 2.Constituição das coberturas em terraço A constituição química do material do isolamento térmico não deve provocar oxidação das peças metálicas das do sistema Revestimento de impermeabilização A camada de impermeabilização tem como função principal garantir a exigência primária de estanquidade à água. No entanto, para garantir estanquidade não basta que a membrana de impermeabilização seja constituída por um material impermeabilizante. A sua resistência às agressões exteriores é fundamental para a preservação das características intrínsecas do material que tornam a membrana impermeável Materiais constituintes As membranas de impermeabilização mais utilizadas nos sistemas de impermeabilização de coberturas em terraço são as de betumes-polímeros, as termoplásticas e as elastoméricas. As membranas de betumes-polímeros são constituídas por uma mistura betuminosa modificada por uma resina, de natureza plastomérica ou elastomérica. As membranas de natureza termoplástica mais conhecidas são as de PVC plastificado e as de mais recente divulgação são as de poliolefinas (TPO ou FPO). Nas membranas elastoméricas, incluem-se as vulcanizadas e as não vulcanizadas. Nestas últimas, poderá ocorrer um processo de cura de características idênticas à vulcanização, após aplicação em obra. Contam-se entre as membranas vulcanizadas em fábrica as de monómero de etileno-propileno-dieno (EPDM) e as de borracha butílica. Nas não vulcanizadas em fábrica, incluem-se as de poli-isobutileno (PIB) e as de polietileno clorado (CPE) [14] Influência da membrana de impermeabilização no sistema de impermeabilização das coberturas em terraço As solicitações causadas pela circulação de pessoas ou veículos, a instalação de equipamentos, os impactos causados pela queda de objectos, a acção do vento ou da variação de temperatura, são situações que exigem um comportamento mecânico adequado por parte da membrana, para que não se dê a sua rotura, nomeadamente por rasgamento ou pelagem na junta de sobreposição. Nesta óptica, e de acordo com as características requeridas para uma dada membrana, os fabricantes incorporam durante o seu processo de fabrico, armaduras que podem ser de 12

29 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. poliéster, fibra de vidro, polietileno ou poliamida, podendo inclusive combinar dois tipos de armadura numa mesma membrana, sendo bastante usual a combinação poliéster - fibra de vidro [14]. Em sistemas fixados mecanicamente, a armadura confere à membrana uma maior capacidade para resistir a tensões concentradas na zona adjacente à fixação, contribuindo deste modo para evitar o rasgamento da membrana, quando existem condições para que tal ocorra. Outra característica importante prende-se com o material da própria membrana que, de acordo com a sua qualidade, influi na rotura por pelagem. Note-se que a qualidade referida se estende à capacidade de manter a colagem, mesmo a temperaturas mais elevadas [15]. A espessura da membrana é um factor que também produz os seus efeitos no desempenho dos sistemas. A título de exemplo, ensaios realizados neste âmbito, utilizando membranas de TPO fixadas mecanicamente, com vista à avaliação da relação espessura - resistência do sistema fixado mecanicamente, conduziram à conclusão de que aumentando a espessura destas membranas em cerca de 26%, a resistência dos respectivos sistemas aumenta entre 10 e 30% [16] Camada de forma A camada de forma tem como função principal conferir a pendente à cobertura, proporcionando um escoamento rápido e minimizando o tempo em que a água está em contacto com o revestimento de impermeabilização. Como se compreende, para poder conferir o declive desejado à cobertura, pode ser necessário que, em determinadas zonas, esta camada tenha de atingir uma espessura generosa. Esta obrigatoriedade, aliada a um peso volúmico não desprezável do seu material constituinte, poderá originar cargas bastante elevadas sobre a estrutura resistente. Assim, por razões de dimensionamento estrutural da estrutura resistente, é conveniente que a camada de forma seja constituída por um material de peso volúmico reduzido, de que são exemplo os seguintes materiais: betão de argila expandida; betão de granulado de cortiça; betão de poliestireno expandido; betão celular. Como se sabe, os betões acima referidos possuem coeficientes de transmissão térmica relativamente reduzidos. Por isso, complementarmente à sua função principal de conferir declive à cobertura, esta camada também poderá funcionar como complemento ao isolante térmico [4,3]. 13

30 2.Constituição das coberturas em terraço Barreira ao vapor Localizada abaixo do isolamento térmico, a barreira ao vapor tem como função impedir o contacto do vapor de água com o isolamento térmico. Tal problemática advém do facto de a água impregnada no isolamento térmico ter um efeito de aumento da condutibilidade térmica, traduzindo-se consequentemente num aumento do coeficiente de transmissão térmica. No caso de se utilizar um isolante de poliestireno expandido extrudido, este problema deixa de ser relevante, porque este material tem uma capacidade de absorção de água quase nula. É por isso que este material é normalmente utilizado em coberturas invertidas, em que o isolante térmico se coloca, conforme atrás se referiu, por cima da membrana de impermeabilização. Para funcionar correctamente, esta camada deve ser contínua e apresentar-se sem qualquer dano. Qualquer rasgo será suficiente para um funcionamento deficiente. Durante a execução desta camada devem ter-se em atenção as zonas de maior dificuldade de aplicação, tais como as juntas de sobreposição e os elementos emergentes [4]. Os materiais constituintes de uma barreira ao vapor podem ser os seguintes [17, 18]: folhas de polietileno; folhas de polipropileno; membranas de PVC; telas ou feltros betuminosos; membranas de betume-polímero SBS ou APP; papel kraft Camada de difusão do vapor de água A camada de difusão do vapor de água (figura 8) tem como função igualar a pressão de vapor de água, confinada entre o revestimento de impermeabilização e o seu suporte [4]. Este vapor pode e deve ser libertado para o exterior através de disposições construtivas apropriadas, tanto em superfície corrente como em pontos singulares, evitando-se assim anomalias como sejam os empolamentos. A função desta camada é diferente da desempenhada pela barreira ao vapor, pois apenas impede a acumulação de vapor de água sob a membrana de impermeabilização, não oferecendo qualquer protecção à camada de isolamento térmico. O material mais vulgarmente utilizado é a membrana betuminosa com revestimento inferior com grânulos de cortiça ou de poliestireno expandido. 14

31 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Figura 8 - Funcionamento de uma camada de difusão do vapor de água [4] Camada de dessolidarização A camada de dessolidarização tem como objectivo proteger a membrana de impermeabilização e o isolamento térmico de agentes agressores interiores ou exteriores ao sistema de impermeabilização. Os agentes agressores interiores ao sistema são provocados pela interacção das camadas adjacentes, podendo ser de natureza física ou química. Os agentes agressores exteriores ao sistema são resultado da construção e uso da cobertura tal como da acção do meio ambiente, resultando em agressões térmicas, físicas e químicas. Assim, as camadas de dessolidarização podem desempenhar três tipos de funções diferentes [19]: protecção mecânica; protecção térmica; protecção química. Uma camada de dessolidarização funciona como protecção mecânica quando é colocada entre a membrana de impermeabilização e a protecção pesada ou entre a camada de forma e a membrana de impermeabilização, procurando evitar danos na membrana de impermeabilização por efeito mecânico dessas camadas adjacentes. Pode ser constituída por feltros de poliéster, mantas geotêxteis, feltros betuminosos ou filmes de polietileno [20, 21, 22]. A camada de dessolidarização funciona como protecção térmica quando é utilizada em sistemas em que a impermeabilização seja executada com recurso a chama de maçarico, podendo ser conveniente a sua colocação entre a impermeabilização e o isolante térmico. Nestes casos, é aconselhável o uso de um feltro de fibra de vidro [22]. Finalmente, a camada de dessolidarização funciona como protecção química quando é colocada entre a camada de isolamento térmico e o revestimento de impermeabilização ou entre a membrana de impermeabilização e a estrutura resistente. No primeiro caso, impede a migração de componentes do revestimento de impermeabilização para o isolamento térmico. Este fenómeno de migração de componentes pode ocorrer quando, por exemplo, o 15

32 2.Constituição das coberturas em terraço revestimento de impermeabilização é de PVC e o isolamento térmico é de poliuretano ou poliestireno expandido. Nestes casos, há algumas indicações da utilização vulgar de feltros sintéticos não tecidos [4, 3, 8]. No segundo caso, a camada de dessolidarização pode servir para impedir o contacto entre a membrana de impermeabilização e um suporte de alcatrão. Neste caso, para além dos produtos já mencionados, pode-se utilizar ainda papel kraft, papel siliconado, feltro de fibra de vidro ou mantas de geotêxtil [19]. A largura de sobreposição das camadas de dessolidarização nunca deve ser inferior a 0,1 m [22] Barreira à circulação do ar As barreiras à circulação do ar utilizadas em sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente têm como objectivo aumentar a capacidade de carga suportada pela membrana de impermeabilização quando sujeita ao efeito do vento. A carga absorvida pela barreira à circulação do ar é transmitida ao isolamento térmico que, por sua vez, a transmite às. Esta camada é tratada com mais detalhe na secção As barreiras à circulação do ar podem ser constituídas por diversos materiais, tais como: membranas ou folhas de PVC; filmes de polietileno; filmes de polipropileno; membranas de betume-polímero SBS ou APP. A aplicação pode ser efectuada por recurso a fusão do betume, colagem a frio ou com fita-cola [18, 23, 17] Protecção do revestimento de impermeabilização A camada de protecção tem como função proteger a membrana de impermeabilização de todo o tipo de agressões a que esta possa estar sujeita, nomeadamente as seguintes: acções mecânicas provocadas pela circulação de pessoas e veículos; acção da radiação UV; gases presentes na atmosfera; substâncias químicas e biológicas. 16

33 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. A protecção da membrana pode ser leve ou pesada. A protecção leve pode ser aplicada em fábrica ou em obra, ao contrário da protecção pesada, cuja aplicação é sempre feita em obra. A protecção leve aplicada em fábrica sobre o revestimento de impermeabilização, também chamada de auto-protecção, pode ser constituída por materiais de natureza mineral, metálica ou orgânica. Dos materiais de natureza mineral, de um modo geral granulares, podem destacar-se a areia fina, o areão, a gravilha ou as lamelas de xisto. Dos materiais de natureza metálica destacam-se as folhas de alumínio e de cobre. Os materiais de origem orgânica são na sua generalidade representados por folhas de plástico. Mais recentemente, surgiram novos tipos de protecção contra o efeito da radiação solar, fazendo-se uso de pinturas acrílicas de elevado índice reflector [24]. A protecção pesada pode ser distinguida em duas classes, a rígida e a solta. A protecção pesada rígida pode ser formada por betonilha de argamassa, armada ou não, ladrilhos cerâmicos ou hidráulicos assentes sobre betonilha ou placas pré-fabricadas. Note-se que este tipo de protecção, além de servir de camada protectora, também pode servir como superfície de desgaste ou circulação, daí a camada de protecção poder ser também designada por camada de protecção e circulação. A protecção pesada solta pode ser constituída por godos e materiais britados. No entanto, preferem-se os godos aos materiais britados, por estes não terem arestas vivas capazes de facilmente danificar a membrana de impermeabilização [4]. 2.3 Classificação das coberturas em terraço Esta secção tem apenas como objectivo resumir o que se referiu a propósito da constituição das camadas de uma cobertura em terraço, sistematizando assim a sua classificação sob as principais ópticas que interessam para o que se segue Quanto à pendente As coberturas em terraço sob a óptica da sua pendente podem classificar-se do seguinte modo [4]: classe I A pendente origina estagnação de água e permite a aplicação de protecção pesada; classe II A pendente permite o escoamento de água e a aplicação de protecção pesada; classe III A pendente permite o fácil escoamento de água mas não admite a aplicação de protecção pesada; classe IV A pendente impõe medidas especiais na aplicação das suas camadas. 17

34 2.Constituição das coberturas em terraço Quanto ao tipo de revestimento da impermeabilização No que diz respeito ao tipo de revestimento de impermeabilização, os sistemas de impermeabilização podem classificar-se do seguinte modo [4]: Tradicional Aplicado in situ ; Prefabricado. Não tradicional Aplicado in situ ; Prefabricado Quanto à camada de protecção da impermeabilização Quanto à camada de protecção do sistema de impermeabilização as coberturas em terraço podem classificar-se do seguinte modo [4]: - Sistema sem protecção (impermeabilização aparente) - Sistema com protecção leve, protecção colocada em fábrica Mineral: Areia fina; Areão; Gravilha; Lamelas de xisto; Metálica: Folha de alumínio ou cobre; Orgânica: Folha de plástico. 18

35 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. - Sistema com protecção leve, protecção colocada em obra Mineral: Areão; Gravilha; Orgânica: Tintas de alumínio; Pinturas de cal. - Sistema com protecção pesada Camada rígida: Betonilha; Ladrilhos sobre betonilha; Placas pré-fabricadas de betão, material cerâmico ou madeira; Materiais soltos: Godo; Calhau; Seixo; Material britado Quanto à acessibilidade A acessibilidade deve ser vista como um factor de importância capital para a definição da tipologia construtiva das coberturas em terraço e também, a montante, para o dimensionamento estrutural dos edifícios. Assim, tendo em conta a presença de pessoas, veículos e a periodicidade com que estes circulam, poder-se-ão distinguir as seguintes classes de coberturas [7]: Coberturas em que é necessário o uso de equipamento especial para realizar operações de manutenção; Coberturas acessíveis apenas para operações de manutenção; Coberturas acessíveis para manutenção frequente de equipamento instalado no terraço; Coberturas acessíveis apenas a tráfego pedestre; Coberturas acessíveis a veículos ligeiros (até 3500 Kg) [25]; Coberturas acessíveis a veículos pesados; Coberturas ajardinadas. 19

36 2.Constituição das coberturas em terraço Quanto ao modo de ligação da impermeabilização à estrutura resistente Relativamente ao modo de ligação da impermeabilização à estrutura resistente, distinguem-se os seguintes tipos de sistemas: Fixado mecanicamente; Aderente; Semi-aderente; Independente. 2.4 Acção do vento sobre as coberturas Sendo a acção do vento um dos principais agentes atmosféricos a ter em conta nos sistemas fixados mecanicamente, o seu tratamento justifica uma particular atenção nesta secção. A acção do vento sobre as coberturas deve ser entendida como um fenómeno dinâmico, pois o vento sofre variações espaço - temporais [26]. Ao reflectir-se acerca do comportamento de uma cobertura quando sujeita à acção do vento, pode-se chegar à conclusão de que existem dois tipos de resposta diferentes. Por um lado, existe uma resposta estática (figura 9), típica das coberturas invertidas com protecção pesada e dos sistemas aderentes e, por outro, há uma resposta dinâmica (figura 10) no caso dos sistemas fixados mecanicamente. Figura 9 - Resposta estática [12] Figura 10 - Resposta dinâmica [12] A grande diferença entre estes dois tipos de comportamento reside no efeito de fadiga dos materiais, decorrente da insuflação cíclica da membrana [27]. 20

37 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Ao atingir uma fachada ou esquina de um edifício, o ar em movimento é obrigado a desviar a sua trajectória, acelerando o seu movimento até ao topo do edifício. Este aumento de velocidade provoca uma redução de pressão no exterior da cobertura, mantendo-se no entanto normal, a pressão no seu interior. A diferença de pressão entre o interior e o exterior da cobertura será o factor que dará origem ao fenómeno de sucção do vento [28]. A diferença de pressão entre o interior e o exterior da cobertura depende dos seguintes factores: meio envolvente da construção; altura e geometria do edifício; existência e altura das platibandas; existência de aberturas no edifício. O meio envolvente da construção traduz-se na existência ou não de barreiras físicas à passagem do vento, nomeadamente, edifícios adjacentes e a própria orografia do terreno. Estas barreiras podem provocar uma redução na velocidade de escoamento do vento, reduzindo assim o seu efeito sobre a construção. Quanto maior for a altura de um edifício, maior será a diferença de pressão na sua cobertura. Esta consequência está directamente relacionada com o facto de uma superfície mais comprida (altura) permitir a actuação de uma maior quantidade de vento, sobre uma mesma largura de platibanda [29]. Fica assim implícito o facto de a largura de um edifício não ser um factor de peso na geração do efeito de sucção. A distribuição de pressões numa cobertura pode ser dividida em três zonas de diferentes intensidades [12]: zona corrente; bordos; cantos. As pressões são maiores nos cantos e menores em zona corrente, atingindo-se valores intermédios nos bordos. Refira-se que o ângulo de incidência do vento sobre o edifício constitui igualmente um parâmetro fundamental na distribuição de pressões da cobertura. 21

38 2.Constituição das coberturas em terraço Figura 11 - Acção do vento de sobre uma cobertura em terraço incidência perpendicular [30] Figura 12 - Acção do vento de sobre uma cobertura em terraço incidência oblíqua [30] Ao incidir perpendicularmente às arestas da cobertura, pode-se verificar que a pressão na cobertura decresce de barlavento para sotavento (figura 11). Já quando o vento incide com um ângulo de 45 relativamente às arestas, pode-se verificar que existe uma pressão elevada no canto de barlavento (figura 12). No entanto, esta pressão tende a diminuir gradualmente ao longo das arestas da cobertura, estabelecendo-se inclusivé uma linha de simetria de pressões entre o canto de barlavento e o de sotavento [31]. As platibandas, dependendo da sua altura, podem contribuir fortemente para a redução do efeito do vento sobre a cobertura, apresentando-se deste modo como um meio disponível para reduzir os esforços transmitidos a esta, especialmente nas zonas dos bordos e cantos (figura 13) [32]. Figura 13 - Acção do vento em coberturas em terraço com e sem platibanda No caso específico da incidência do vento a 45 nas faces da estrutura, tanto em edifícios baixos como em edifícios altos, pode-se assistir a um aumento de pressão, que poderia ir até ao dobro dos valores observados, caso não existisse platibanda [31]. As platibandas altas têm efeitos significativos na redução de pressão nos cantos de edifícios altos, afectando no entanto em menor grau os edifícios mais baixos. 22

39 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. As aberturas em edifícios permitem que o vento afecte a estrutura pois, após a sua entrada, o vento irá exercer pressão sobre as paredes interiores e cobertura do edifício. Esta pressão interior, conjugada com a sucção do vento pelo exterior, traduz o efeito mais danoso que o vento pode ter sobre as coberturas [31, 53]. 23

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41 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. 3 Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Neste capítulo, irão ser focados os aspectos particulares que caracterizam os sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente, nomeadamente: os tipos de sistemas existentes, a natureza das mecânicas, os sistemas de fixação possíveis, os tipos de estrutura resistente utilizados, as pontes térmicas e o efeito das barreiras à circulação do ar. Na parte final deste capítulo, será apresentado um exemplo tipo sobre o dimensionamento de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente, recorrendo-se ao RSA [33] e ao EC 1 [1]. 3.1 Sistemas existentes Os sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente são tipicamente constituídos por membranas fixas mecanicamente a uma estrutura resistente, ligadas entre si por juntas de sobreposição, recorrendo-se para isso geralmente a ar quente ou a chama de maçarico. O tipo de membranas utilizado num sistema de impermeabilização fixado mecanicamente condiciona o tipo de juntas de sobreposição. Assim, em sistemas onde se utilizem membranas de betume-polímero, as juntas de sobreposição são executadas em toda a sua largura, pois só assim se garante uma ligação eficaz para este tipo de membranas, recorrendo-se geralmente à chama de maçarico. No caso das membranas termoplásticas, a ligação das membranas pode ser efectuada em toda a largura de sobreposição (figura 14) ou apenas numa parte da junta de sobreposição (figura 15), quer se utilizem pontuais, quer se apliquem lineares. Nestes casos, utilizamse máquinas com ar com características distintas, consoante o tipo de fixação. A realização da solidarização em apenas metade da largura de sobreposição vai resultar numa transmissão oblíqua da carga da membrana para a fixação (figura 16). Caso a solidarização seja realizada em toda a largura, irá resultar uma transmissão simétrica da carga da membrana para a fixação (figura 17). 25

42 3.Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Figura 14 - Solidarização em toda a largura de sobreposição Figura 15 - Solidarização em apenas um lado da sobreposição Figura 16 - Transmissão oblíqua da carga da membrana para a fixação Figura 17 - Transmissão simétrica da carga da membrana para a fixação A solidarização em apenas parte da largura de sobreposição apresenta algumas desvantagens, nomeadamente: maior probabilidade de pelagem da junta; maior facilidade de desenroscamento ou arrancamento dos parafusos; rasgamento da membrana por acção das ; deformação das plaquetas de fixação; esmagamento do isolamento devido à rotação da plaqueta. As sobreposições simétricas apresentam mais vantagens relativamente às sobreposições assimétricas. No entanto pelo facto de a resultante das acções ser perpendicular ao plano da estrutura resistente, existe o inconveniente de ser mais fácil a ocorrência de rotura por arrancamento das. Como referido, as membranas de impermeabilização existentes podem ser betumespolímeros, membranas termoplásticas e membranas elastoméricas. Ao contrário das membranas termoplásticas aplicadas através de ar quente e das membranas elastoméricas aplicadas com colas, as membranas de betumes-polímeros são aplicadas através da utilização da chama de maçarico. A utilização de membranas de betume-polímero permite que existam sistemas de camada simples (figura 18) e camada dupla (figura 19). O número de membranas utilizado 26

43 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. pode ser função da qualidade da membrana, da relação qualidade - preço das membranas, da importância do edifício, da durabilidade pretendida e da inclinação do terraço, sendo aconselhável o uso de sistemas de pelo menos camada dupla, em coberturas com declives inferiores a 3% (1,72 ) [12]. Figura 18 Sistema de camada simples Figura 19 Aplicação da segunda camada de um sistema de camada dupla 3.2 Fixações mecânicas As mecânicas são naturalmente a componente que distingue os sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente dos seus congéneres para coberturas em terraço. São constituídas por parafusos ou rebites, em associação com plaquetas, calhas metálicas ou poliméricas Tipos de parafusos utilizados O tipo de parafuso ou rebite utilizado nos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente varia consoante o tipo de suporte utilizado. O mesmo já não se verifica quanto à escolha das plaquetas. Descrevem-se de seguida os tipos de parafusos mais utilizados de acordo com o tipo de estrutura resistente em causa [34]: 27

44 3.Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente a) Parafusos para suporte em chapa metálica nervurada corrente: Este tipo de parafusos é o mais utilizado em sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. A perfuração de estruturas resistentes deste tipo pode ser mais difícil se não se estiver na posse de parafusos concebidos para este efeito. Os parafusos mais usuais com a ponta em bico não se apresentam como a opção mais correcta para a perfuração das chapas metálicas nervuradas. Isto porque é difícil evitar que, no acto da aplicação, a ponta do parafuso não resvale na superfície da chapa. Por isso, neste caso, é recomendável o uso de parafusos com ponta auto-perfurante (figura 20). Figura 20 Parafuso para suporte em chapa metálica nervurada corrente Usualmente, para uma dada espessura do isolamento térmico, existe um parafuso com um comprimento definido, que deverá ter sempre um comprimento adicional de 20 mm, de modo a garantir um fuste com um comprimento suficiente para atravessar folgadamente todas as camadas pertencentes ao sistema e fazer uma boa solidarização à estrutura resistente. Como segurança, estes parafusos têm uma rosca extra, além da que serve a função de solidarização à estrutura resistente. Esta rosca está situada imediatamente abaixo da cabeça do parafuso (figura 20). Ao proceder-se à fase final do aparafusamento, a rosca do parafuso irá alargar a abertura da plaqueta, fixando-se a esta e impedindo qualquer movimento do parafuso relativamente à plaqueta. b) Rebites e parafusos para estruturas resistentes em chapa metálica perfurada: Os rebites utilizados em chapas metálicas perfuradas são forçados a penetrar nos orifícios presentes nas chapas metálicas, garantindo uma solidarização eficaz. Não possuem rosca de segurança mas, segundo os fabricantes, o atrito criado pela aplicação impede o movimento relativo entre o rebite e a plaqueta. 28

45 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Figura 21 Rebite para suporte em chapa metálica perfurada Os parafusos utilizados neste tipo de chapa não necessitam de ter uma ponta autoperfurante, porque os orifícios existentes na chapa evitam a necessidade de perfuração da mesma. Devem, no entanto, possuir uma rosca de segurança. (figura 22) A entrega deste tipo de parafusos deve ser no mínimo de 20 mm. Figura 22 Parafuso para suporte em chapa metálica perfurada c) Parafusos para estruturas resistentes em betão estrutural: Este tipo de parafusos apresenta normalmente uma tonalidade azul que advém do tratamento anti-corrosão a que é sujeito. Este tratamento é diferente do empregue nos outros parafusos, porque a agressividade do meio é naturalmente diferente das outras situações. Devido à carbonatação, o betão pode baixar o seu ph até valores inferiores a 8,5, valor a partir do qual passa a apresentar condições para a oxidação dos parafusos metálicos [35]. Neste tipo de estrutura resistente, a aplicação dos parafusos obriga a uma pré-furação da mesma e, por isso, o formato em bico do parafuso é destinado apenas a facilitar a introdução do mesmo no orifício, facilitando o início da roscagem. No entanto, durante a aplicação dos parafusos, há ainda a necessidade de retirar resíduos de betão resultantes da pré-furação. Assim, os parafusos para este tipo de estrutura resistente apresentam uma rosca dupla, concebida especialmente para fazer sair esses resíduos (figura 23). A entrega deste tipo de parafusos deve situar-se entre 20 e 35 mm. Figura 23 Parafuso para estrutura resistente em betão estrutural 29

46 3.Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Também se pode utilizar a combinação parafuso - bucha, dispensando-se neste caso a protecção especial. No entanto o plástico tem tendência a deteriorar-se mais rapidamente do que o parafuso, motivo pelo qual algumas vezes se rejeita esta solução (figura 24). Figura 24 Combinação parafuso-bucha para estrutura resistente em betão estrutural d) Parafusos para estrutura resistente em betão celular: Os parafusos para betão celular, ao contrário dos parafusos para betão de agregados leves ou pesados, não necessitam de uma pré-furação porque a densidade ou a porosidade do material permite a aplicação directa dos parafusos. A ponta destes parafusos apresenta-se em bico, porque a dureza da estrutura resistente é reduzida, permitindo que os parafusos não resvalem na sua superfície (figura 25). Figura 25 Parafuso para suporte em betão celular e) Parafusos para estrutura resistente em madeira: Os parafusos utilizados neste tipo de estrutura resistente são muito idênticos aos utilizados nas estruturas resistentes metálicas. A diferença entre ambos consiste apenas na ponta, que se apresenta em bico no caso dos parafusos para madeira. Consoante o tipo de madeira ou seus derivados, a entrega deve situar-se entre 20 e 50 mm (figura 26). Figura 26 Parafuso para estrutura resistente em madeira e seus derivados Sistemas de fixação Os sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente podem ser classificados quanto ao tipo de utilizadas, sendo possível identificar dois tipos distintos de : pontuais; lineares. 30

47 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Sistema pontual O sistema de fixação pontual é constituído por várias individuais, integrando um parafuso e uma plaqueta aplicados geralmente na banda de sobreposição. Pelas razões a apresentar na secção 3.2.3, este é o sistema de fixação preferido pela maioria dos aplicadores. Figura 27 - Esquema de um sistema pontual As pontuais são também as utilizadas para solidarizar o isolamento térmico. A diferença entre estes dois tipos de fixação reside tanto nos parafusos como nas plaquetas. Relativamente aos parafusos, a diferenciação resulta da importância atribuída à função de cada tipo de parafusos, variando-se o tipo de material utilizado. Os parafusos para a fixação das membranas de impermeabilização devem ter um tratamento anti-corrosão, dispensando-se esse tratamento no caso dos parafusos destinados à fixação das placas de isolante térmico. Figura 28 - Parafuso com rosca de segurança e plaqueta 31

48 3.Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente As plaquetas, a par dos parafusos, também variam consoante o fim a que se destinam. Assim, existem plaquetas destinadas à fixação do isolamento térmico e plaquetas destinadas à fixação das membranas de impermeabilização. No entanto, a característica que pode distinguir os diferentes usos consiste essencialmente na presença de pequenas barbelas salientes, na face inferior da plaqueta de fixação da membrana de impermeabilização. Sem a presença destes elementos, assim que se desse uma relaxação no aperto da fixação (que pode ser provocada pela compressibilidade do isolamento térmico), reduzir-se-ia o atrito entre a plaqueta e a membrana. A redução gradual do atrito iria fazer com que o esforço suportado pela fixação fosse transferido para a membrana numa área cada vez menor, até ao limite em que apenas o fuste do parafuso ficasse a prender a membrana. Esta situação pode eventualmente ser evitada, com uma transmissão de carga menos localizada, através da utilização plaquetas com barbelas. No caso das plaquetas para fixação da impermeabilização, as arestas devem estar obrigatoriamente boleadas para não ferir a membrana. O material usado em qualquer plaqueta pode ser aço galvanizado ou um material polimérico como por exemplo o nylon. As plaquetas apresentam-se com formatos diferentes, com ou sem relevo e com secções variadas. Podem-se encontrar formatos circulares, ovalizados ou hexagonais. O relevo, a geometria da secção e os materiais utilizados são características importantes, porque a membrana de impermeabilização terá de se colar à plaqueta, não sendo por isso dispensável a ponderação prévia deste assunto. A execução de sistemas deste tipo pode ser efectuada com o recurso a máquinas comercializadas por fabricantes de concebidas para a aplicação de determinados conjuntos de mecânicas. Existem pelo menos dois tipos de máquinas no mercado: um dos tipos possui separadamente um cinto de parafusos e um carregador de plaquetas (figura 29); no outro caso, as têm de ser posicionadas na máquina individualmente antes da aplicação de cada fixação (figura 30) [36]. Figura 29 - Máquina auto-recarregável com cinto de parafusos e carregador de plaquetas [34] Figura 30 - Máquina de carregamento manual [34] 32

49 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Sistema linear No caso do sistema de fixação linear, a plaqueta constituinte do sistema de fixação pontual é substituída por uma calha contínua em aço galvanizado ou por uma banda polimérica (figura 31). A fixação linear pode ser efectuada em qualquer zona da cobertura. No caso das membranas de betume-polímero, as são cobertas com uma banda da própria membrana de impermeabilização. No caso das membranas termoplásticas, pode-se usar uma banda da própria impermeabilização ou uma fita adesiva. Figura 31 - Esquema de um sistema linear Os parafusos e as calhas ou bandas são depois aplicados com um espaçamento de acordo com o dimensionamento preconizado. No caso das calhas, existem vários orifícios para inserir os parafusos. No caso das bandas, é possível criar os orifícios necessários para o efeito Análise comparativa Na tabela 1 apresenta-se uma análise comparativa dos dois tipos de fixação referidos na secção anterior. Da análise da tabela 1, conclui-se sobre o melhor desempenho do sistema linear relativamente ao sistema pontual para todos os aspectos analisados. O sistema linear apresenta ainda a vantagem de eliminar praticamente o problema da pelagem na zona das sobreposições. No entanto, este sistema, ao necessitar de bandas extra de membrana de impermeabilização, de calhas metálicas ou bandas poliméricas, acaba por ser menos económico e, por isso, muito menos utilizado do que o sistema pontual [17]. 33

50 3.Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Tabela 1- Comparação entre o sistema de fixação pontual e linear (adaptado de [37]) Sistemal linear Estabilidade dos parafusos através da barra Fixação comporta-se de modo relativamente independente da compressibilidade do isolamento térmico Distribuição de esforços na membrana de forma bastante homogénea A força de arrancamento do parafuso não é praticamente influenciada pela contribuição do isolamento térmico para impedir o movimento lateral do parafuso Sistema pontual Cada parafuso funciona isoladamente Fixação muito dependente da compressibilidade e resistência à fadiga do material de isolamento térmico Distribuição de esforços multidireccionais e variáveis A força de arrancamento é fortemente influenciada pela compressibilidade do isolamento térmico que em parte controla o movimento lateral do parafuso Dos ensaios realizados com vista à comparação da resistência mecânica de sistemas lineares e pontuais, transparece uma superioridade dos sistemas lineares em relação aos pontuais. De facto, quando sujeitos a ensaios de sucção do vento, os sistemas lineares com utilização de calhas metálicas têm uma capacidade resistente cerca de 10 vezes superior à dos sistemas pontuais [37]. 3.3 Estrutura resistente Em sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente, a estrutura resistente utilizada tem uma influência significativa no sistema de impermeabilização, tanto ao nível da sua resistência mecânica, como do seu desempenho em serviço. Assim, além das cargas originadas pelo equipamento instalado e outras sobrecargas próprias do grau de acessibilidade, as estruturas resistentes devem possuir um declive mínimo que permita o rápido escoamento da água. Note-se que em grandes vãos podem ocorrer flechas acentuadas que dificultam o escoamento da água. As estruturas resistentes de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente podem ser constituídas por vários tipos de materiais [20, 28]: chapas metálicas; tabuado ou pranchas de madeira; contraplacado de madeira; OSB (painéis de partículas de madeira orientadas); painéis compósitos de madeira - cimento; betão. 34

51 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. De entre os tipos de materiais apresentados, é de salientar que, na grande maioria das situações, se recorre a chapas metálicas nervuradas, sendo os outros tipos de estrutura resistente pouco utilizados em sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Suportes em madeira e seus derivados Este tipo de estruturas resistentes, sendo constituído exclusivamente por madeira ou incorporando madeira na sua constituição, apresenta naturalmente características típicas da madeira (exceptuam-se os materiais compósitos de madeira - cimento). Assim, propriedades tais como a estabilidade dimensional, o peso próprio e a fluência do material, deverão ser tidos em conta na fase de dimensionamento [40, 39]. No período anterior à aplicação, dever-se-á ter um cuidado especial no acondicionamento do material, de modo a que o seu teor de humidade seja o mais próximo possível do que se irá verificar em condições de serviço. Após a colocação do suporte, a montagem do sistema de impermeabilização deverá ser efectuada o mais rapidamente possível, procurando-se impedir que a água penetre na madeira, preservando-se assim a sua estabilidade dimensional. Situações em que a madeira esteja em contacto com elementos passíveis de conterem humidade também deverão ser acauteladas. Nessas situações, a preferência por elementos de madeira maciça será uma opção acertada [41]. As madeiras utilizadas neste tipo de cobertura deverão ter um tratamento preservador contra fungos e insectos [8]. Esta precaução não se estende a painéis compósitos de madeira - cimento [39]. As cargas presentes na altura da montagem, tais como o equipamento utilizado na montagem e a circulação de trabalhadores, devem ser tidos em conta na escolha da madeira a utilizar, acautelando-se assim o risco de deformações excessivas ou mesmo de rotura dos materiais [42]. A carga e a fluência do material devem ser bem analisadas porque, como se percebe, nas coberturas em terraço o declive escolhido para o escoamento das águas pode ser bastante reduzido, podendo-se formar poças de água caso ocorram flechas demasiado pronunciadas. Materiais como tábuas de solho, painéis OSB e de contraplacado devem ter uma espessura de pelo menos 19 mm [13]. Sempre que possível, é preferível que as do sistema de impermeabilização atravessem as madres. Deste modo, é possível aumentar consideravelmente a resistência ao arrancamento das (figura 32). Figura 32 Pormenor da fixação de um parafuso a uma madre [12] 35

52 3.Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Por fim, é de referir que entre os suportes em madeira, a escolha recai maioritariamente sobre os painéis de contraplacado, devendo estes pertencer à classe de serviço 2 ou 3 (conforme o grau de humidade em condições de serviço) [43, 44] Estruturas resistentes em betão estrutural, betão de agregados leves e betão celular De acordo com a norma ENV 206: [45], o betão estrutural a utilizar deve ser da classe resistente C25/30 2, e deverá ter uma espessura de pelo menos 100 mm. Os betões de agregados leves, apesar de não terem as resistências dos betões estruturais, podem facilmente atingir tensões de rotura características superiores a 25 MPa. No entanto, diga-se que, neste tipo de betão, ao invés do betão estrutural, a rotura costuma ocorrer pelo agregado, não se devendo por isso simplificadamente agrupar os dois tipos de betões. No caso dos betões de agregados leves, é conveniente a realização de ensaios de arrancamento para avaliar as suas características sob este ponto de vista. Recorde-se que, para aplicar as, é necessário efectuar uma pré-furação em ambos os betões acima referidos. Esta tarefa não é desprezável em termos económicos, onerando bastante o custo de aplicação do sistema. Os betões celulares têm uma densidade e dureza bastante reduzidas, não necessitando por isso de pré-furação. Este tipo de betões merece um cuidado especial em relação à sua consistência, sendo sempre prudente executar ensaios prévios de arrancamento Estruturas resistentes em chapa metálica nervurada As chapas metálicas nervuradas são vulgarmente constituídas por alumínio ou por aço galvanizado. No entanto, são as chapas de aço galvanizadas as que normalmente são escolhidas para incorporar sistemas deste género porque com o aço galvanizado é possível adoptar vãos com maiores dimensões, estando naturalmente assegurada pela galvanização apropriada a sua resistência à corrosão, face ao ambiente em que é utilizado. De acordo com o disposto no ETAG 006 [13], todas as chapas metálicas nervuradas deverão possuir uma espessura de pelo menos 0,7 mm. Este tipo de estrutura resistente obriga ao uso de isolamento térmico ou de outra camada que proporcione uma superfície plana, adequada à aplicação da membrana de impermeabilização [13]. Como referido (secção ), sempre que possível, é preferível aplicarem-se os parafusos no banzo superior da chapa em vez de no banzo inferior. lém de se 2 No ETAG 006 apenas consta C25 36

53 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. economizar no comprimento dos parafusos, a sua rotação em torno do ponto de fixação da chapa é menor, com as consequências que daí resultam e a que mais adiante se fará referência. Neste âmbito, foram realizados ensaios [46] que levaram à conclusão de que, em sistemas sem barreiras à circulação do ar ou ao vapor com as aplicadas no banzo inferior, existe uma redução entre 10 e 40% na resistência à acção do vento relativamente aos sistemas com as aplicadas no banzo superior. No entanto, nem sempre é possível aplicar as nos banzos superiores, sendo exemplo disso uma situação vulgar de reabilitação em que já exista um sistema montado, sendo difícil por isso descobrir a localização das nervuras. Sob o risco de se afectar as condições de serviço, a flecha na secção a meio vão não deve exceder l/250 (em que l representa o comprimento do vão) até vãos de 6,0 m, devendo limitar-se a l/300 no caso de vãos superiores a 6,0 m [47]. Além das chapas metálicas nervuradas correntes, também existem chapas metálicas nervuradas perfuradas. Segundo fornecedores deste material, este tipo de chapas é especialmente vocacionado para obras de reabilitação, aplicando-se as chapas metálicas perfuradas por cima do sistema original. 3.4 Pontes térmicas em sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente As pontes térmicas ocorrem quando existem pontos singulares em que o coeficiente de transmissão térmica linear é superior ao da zona corrente, originando-se assim uma zona preferencial para as trocas de calor [48]. Em sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente, são utilizados parafusos que atravessam toda a espessura do isolamento térmico, permitindo a criação de pontes térmicas entre o espaço exterior e interior. O comprimento dos parafusos e o material da estrutura resistente e das plaquetas são factores importantes para a determinação do coeficiente de transmissão térmica na zona das. 37

54 3.Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Estudos realizados neste âmbito [49], recorrendo ao método dos elementos finitos, permitiram chegar a algumas conclusões, das quais se apresentam a seguir as mais importantes: o efeito das metálicas em sistemas com estruturas resistentes metálicas e isolamentos térmicos com espessuras entre 25 e 150 mm, traduz-se numa redução da resistência térmica entre 3 e 8%; relativamente a estruturas resistentes de madeira, verificou-se que a redução foi cerca de metade do valor verificado para os sistemas com estrutura resistente metálica, ou seja, houve uma redução entre 1,5 e 4% da resistência térmica; no caso específico de estruturas resistentes em metal e isolamento térmico de 50 mm, verificou-se que o uso de plaquetas plásticas em vez de metálicas, permitiu reduzir o coeficiente de transmissão térmica da fixação em cerca de 44%; em coberturas com duas camadas de isolamento térmico, em que apenas a primeira camada está fixa mecanicamente ao suporte, verificou-se que o efeito das no decréscimo da resistência térmica do sistema foi de cerca de um terço, quando comparado com o sistema em que as atravessam ambas as camadas. Apresentam-se nas figuras 33 e 34, linhas isotérmicas de sistemas com estruturas resistentes metálicas e estruturas resistentes em madeira, respectivamente obtidas através do recurso a um modelo de elementos finitos [49]. Os valores das linhas isotérmicas apresentadas nas, foram obtidos utilizando, como dados, as propriedades dos materiais listadas na tabela 2. 38

55 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. C C C Figura 33 - Linhas isotérmicas de sistema com estrutura resistente metálica (adaptado de [49]) C C C Figura 34 - Linhas isotérmicas de sistema com estrutura resistente em madeira (adaptado de [49]) Tabela 2 - Propriedades térmicas dos materiais constituintes Material do componente Espessura Condutibilidade térmica (mm) (W/m K) Fixação metálica Variável 45 Gravilha 13,0 1,7 Membrana de impermeabilização 9,5 0,16 Placas de fibra de vidro Variável 0,036 Suporte metálico 0,91 45 Suporte em madeira 16 0,12 39

56 3.Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente 3.5 Efeito de barreiras à circulação do ar em sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Para uma total compreensão do efeito das barreiras à circulação do ar na transmissão de esforços à impermeabilização das coberturas, importa antes de mais explicitar o mecanismo através do qual se dá o fenómeno de sucção do vento. Como referido, o fenómeno de sucção do vento é provocado por uma diferença de pressão entre o interior e o exterior da cobertura. O que acontece é que, antes de se originarem variações de pressão no exterior da cobertura, a pressão interior e exterior são idênticas, anulando-se mutuamente, não provocando assim qualquer esforço na cobertura. Ao haver uma quebra de pressão no exterior, automaticamente este equilíbrio de pressões deixa de existir. Deste modo, passa a actuar pelo interior da cobertura uma força, de valor ditado pela variação de pressão exterior, multiplicada pela área de cobertura sobre a qual essa perda de pressão se faz sentir, criando-se o fenómeno de sucção do vento. satisfação do equilíbrio de pressões interiores e exteriores à membrana, o ar que se desloca no interior da cobertura tem ainda de passar pela estrutura resistente e pelos painéis de isolamento térmico (excepto no caso de coberturas invertidas). Este fluxo passa devido à permeabilidade dos materiais constituintes, por entre as juntas de sobreposição, junções e perfurações nos componentes da cobertura (figura 35) [50]. Figura 35 - Circulação de ar na cobertura [23] É neste trajecto que se afigura a possibilidade da interposição de uma barreira, colocada entre o isolamento térmico e a estrutura resistente, que possa dificultar a passagem do ar, reduzindo assim o seu fluxo e, por conseguinte, a pressão exercida sobre a membrana de impermeabilização. 40

57 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. O fluxo de ar retido pela barreira à circulação do ar não vai, no entanto, deixar de transmitir esforços à cobertura. Os esforços provocados pela retenção de parte deste fluxo irão ser transmitidos da barreira à circulação do ar para o isolamento térmico que, por sua vez, os irá transmitir às, sendo finalmente transmitidos à estrutura resistente. Assim, a incorporação de barreiras à circulação do ar obriga a que o isolamento térmico tenha resistência suficiente para absorver a carga que lhe é transmitida. A densidade de também é um factor de importância, pois reduz os esforços transmitidos ao isolamento térmico. A mera colocação de uma membrana impermeável ao ar não deve ser entendida como uma barreira à circulação do ar no seu todo, mas antes como uma parte essencial de um sistema estanque que, complementarmente, se deve focar nas juntas e nas sobreposições. Apenas procedendo deste modo é possível conseguir uma barreira à circulação do ar eficiente e contribuir para um alívio na carga transmitida à membrana de impermeabilização [18, 23]. A vedação das juntas das estruturas resistentes descontínuas também constitui um bom meio para a redução da infiltração do ar. Além da redução das condições para o esmagamento do isolamento térmico que se aponta na secção , a aplicação de mecânicas nos banzos superiores das chapas metálicas nervuradas também é preferível, pois nesta posição existe uma boa compressão entre as camadas constituintes do sistema de impermeabilização, dificultando-se assim a passagem do ar pelos orifícios das mecânicas [12]. Importa fazer a distinção entre as membranas que cumprem a função de barreiras à circulação do ar e as membranas que cumprem a função de barreiras ao vapor. As barreiras à circulação do ar apenas impedem a passagem do ar. Já as barreiras ao vapor, além de impedirem a passagem do ar, também impedem a difusão do vapor de água através do sistema. De acordo com o National Building Code of Canada (NBCC), uma barreira à circulação do ar deve preencher os seguintes quatro requisitos: continuidade; estanquidade ao ar; resiliência; durabilidade. Ensaios produzidos neste âmbito [50] conduziram à conclusão inequívoca de que sistemas com barreiras à circulação do ar têm um comportamento em termos de resistência à sucção do vento cerca de 50% superior ao daqueles que se apresentam sem barreira aérea. Complementarmente, verificou-se que, nos casos em que se usaram barreiras à circulação do ar, cerca de um terço do poder de sucção aplicado foi transferido para o isolamento térmico. Assim, faz sentido afirmar-se que o funcionamento dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente, que incluam uma barreira à circulação do ar, se aproxima do funcionamento dos sistemas aderidos ao isolamento térmico porque ambos os sistemas transferem parte da sua carga para a camada de isolamento térmico. 41

58 3.Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente As barreiras à circulação do ar reduzem os esforços sentidos nas membranas de impermeabilização. No entanto, uma anomalia no sistema de impermeabilização pode passar despercebida, pois as barreiras à circulação do ar podem impedir a passagem da água para o interior do edifício durante bastante tempo, resultando numa área extensa de isolamento térmico molhado. 3.6 Efeito das placas rígidas sobre isolantes térmicos As placas de cobertura são utilizadas por cima do isolamento térmico em sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente (figura 36). Estas placas, mais rígidas do que o isolamento térmico subjacente têm como objectivo melhorar e manter o aspecto do sistema de impermeabilização através de plaquetas ou calhas lineares, quando o suporte isolante é relativamente compressível [51]. Camada de impermeabilização Placas rígidas Isolamento térmico Barreira ao vapor Estrutura resistente Figura 36 Sistema de impermeabilização incorporando placas rígidas seguintes: A utilização de placas de cobertura apresenta várias vantagens, nomeadamente as protecção do isolamento térmico, distribuindo as cargas sobre esta camada por uma área maior; redução do risco de esmagamento do isolamento térmico pelas peças de fixação; possibilidade de colocação de isolamento térmico sensível à aplicação de membranas de impermeabilização com chama de maçarico; protecção química entre a camada de isolamento térmico e a membrana de impermeabilização; efeito positivo na resistência ao fogo do sistema. 42

59 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. As placas de cobertura podem ser constituídas pelos seguintes materiais: perlite; materiais compósitos; derivados de madeira. Nem todos os materiais têm o mesmo comportamento. Por exemplo, as placas de perlite e os derivados de madeira perdem resistência na presença de humidade. Já as placas que incorporem betume não podem ser utilizadas conjuntamente com membranas de PVC, porque são quimicamente incompatíveis [12]. 3.7 Execução de coberturas com recurso a sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Caso de estudo de uma obra de reabilitação Em Portugal os sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente são utilizados correntemente na construção de grandes superfícies cobertas. No entanto, a utilização deste tipo de sistemas não se esgota na construção de edifícios novos, podendo-se observar também a sua utilização em obras de reabilitação de edifícios. Os motivos inerentes à preferência pelos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente nas obras de reabilitação prendem-se fortemente com a conveniência no aproveitamento das coberturas pré-existentes. É vulgar observarem-se edifícios em que a cobertura é constituída apenas por chapas metálicas nervuradas planas ou chapas metálicas nervuradas curvas formando coberturas circulares. Este tipo de soluções é claramente ineficiente do ponto de vista térmico. Assim, devido a vários motivos, nomeadamente a necessidade de alteração do uso do edifício, é muitas vezes desejável que o mesmo tenha um desempenho térmico superior ao existente, exigindo-se uma intervenção. A aplicação do isolamento térmico em coberturas de inclinação elevada ou circulares é outro argumento a favor da utilização destes sistemas porque a sua aplicação com recurso a sistemas de outro tipo se torna pouco viável. Apresenta-se nesta secção um caso de estudo de um sistema de impermeabilização fixado mecanicamente, executado no âmbito de uma obra de reabilitação, de forma a ilustrar o processo de aplicação deste tipo de sistemas. O edifício em causa situa-se na zona de Alcântara, junto ao rio. A cobertura a reabilitar é constituída tanto por chapas metálicas nervuradas curvas formando uma cobertura circular, como por chapas metálicas nervuradas planas formando uma cobertura inclinada (figura 37). 43

60 3.Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Figura 37 Vista das duas tipologias construtivas que formam a cobertura A solução escolhida para a reabilitação da cobertura foi um sistema de dupla camada fixado mecanicamente, constituído por membranas de betume-polímero APP e lã de rocha. A primeira camada de impermeabilização foi fixada mecanicamente às chapas metálicas e a segunda foi colada à primeira através do uso da chama de maçarico. Em seguida, descrevem-se os componentes do novo sistema de impermeabilização. i. Características dos materiais utilizados Os materiais que constituem o sistema de impermeabilização fixado mecanicamente encontram-se caracterizados nas tabelas seguintes. Os parafusos utilizados na fixação do isolamento térmico e das membranas de impermeabilização têm as características geométricas apresentadas na tabela 3, em que L é o comprimento do fuste do parafuso. Tabela 3 Características geométricas dos parafusos utilizados L (mm) Ø Nominal (mm) Ø Rosca de travamento (mm) 60 4,8 5,8 As plaquetas utilizadas na fixação do isolamento térmico e das membranas de impermeabilização têm as características geométricas apresentadas na tabela 4, em que L e B são respectivamente o comprimento e a largura da plaqueta. 44

61 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Tabela 4 Características geométricas das plaquetas Dimensões Espessura Ø Nominal (mm) (mm) (mm) L B ,8 4,6 na tabela 5. As características físicas e geométricas das placas lã de rocha utilizadas são descritas Tabela 5 Características físicas e geométricas das placas de lã de rocha utilizadas Espessura nominal das placas (mm) Comprimento (mm) Largura (mm) Massa volúmica (kg/m 3 ) 40 1,2 1,0 150 As características físicas e geométricas das membranas de impermeabilização utilizadas são descritas na tabela 6. Tabela 6 Características físicas e geométricas das membranas de impermeabilização utilizadas. Membrana A 1ª Camada; Membrana B 2ª Camada Membrana Mistura Armadura Massa Acabamento A Betume- Polímero APP Feltro de Filme de polietileno na face 2 poliéster de 4 kg/m inferior e superior 150 g/m 2 B Betume - Polímero APP Feltro de 2 poliéster de 4 Kg/m 150 g/m 2 Granulado mineral na face superior e filme de polietileno na face inferior ii. Estrutura resistente O perfil das chapas metálicas nervuradas não foi escolhido com vista à integração num sistema de impermeabilização fixado mecanicamente, não apresentando por isso uma configuração com banzos, típica das chapas metálicas nervuradas empregues neste tipo de sistemas. A chapa metálica existente apresenta uma geometria seccional com uma sobrelevarão estreita, resultante do próprio processo de solidarização das chapas (figura 38). Esta diferença de configuração da estrutura resistente não oferece um apoio tão estável como seria desejável, introduzindo deformações no isolamento térmico e, eventualmente, sacrificando um pouco a manutenção da pressão entre a plaqueta metálica da fixação e a membrana de impermeabilização. 45

62 3.Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Figura 38 Pormenor da chapa metálica da cobertura iii. Aplicação do isolamento térmico Foram utilizados painéis de lã de rocha, utilizando-se uma fixação por cada painel. Na zona dos bordos, foram colocadas partes de painéis, utilizando-se duas por cada parte (figura 39). A disposição dos painéis de lã de rocha colocados na zona corrente foi pensada de modo a desfasar as juntas entre painéis (figura 40). Figura 39 adoptada para solidarizar os painéis de lã de rocha à estrutura resistente Figura 40 Disposição dos painéis de lã de rocha de forma desfasada iv. Aplicação das membranas de impermeabilização As membranas de impermeabilização foram dispostas paralelamente à direcção das nervuras, tendo sido preconizada uma largura de sobreposição de 10 cm para a execução da primeira camada (figura 41 e 43). Na segunda camada de impermeabilização, a largura da banda de sobreposição média 80 mm (figura 42 e 44). A disposição da segunda camada de impermeabilização foi realizada de modo a cobrir as juntas de sobreposição da primeira camada. 46

63 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Figura 41 Junta de sobreposição da camada fixada mecanicamente Figura 42 Junta de sobreposição da camada colada Figura 43 Aplicação da primeira camada de impermeabilização Figura 44 Aplicação da segunda camada de impermeabilização v. Aplicação das mecânicas Só foi utilizado um tipo de fixação mecânica, que serviu para fixar a lã de rocha e a camada de impermeabilização à estrutura pré-existente. Este tipo de fixação é constituído por uma plaqueta quadrada e um parafuso com rosca de segurança e ponta em bico (figura 45). Figura 45 Fixação utilizada 47

64 3.Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente disposição das da camada fixada mecanicamente, foi preconizado um espaçamento de 30 cm entre, aplicadas no centro das juntas de sobreposição (figura 46). A aplicação das foi alheia à configuração das chapas, pelo facto de não existirem banzos que constituíssem uma superfície favorável à aplicação das mesmas. Figura 46 Disposição das As membranas foram rematadas nas juntas de sobreposição transversais, com uma fixação extra na membrana que fazia a sobreposição, complementando-se deste modo a fiabilidade da aplicação (figura 47). Figura 47 Remate no topo das sobreposições 48

65 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. vi. Considerações ao caso estudado O facto de as membranas de impermeabilização fixadas mecanicamente não possuírem uma marcação que permita identificar a largura da banda de sobreposição fez com que a execução de juntas de 10 cm de largura se tornasse uma tarefa um pouco complicada, mais ainda porque as membranas possuem um comprimento de 10 m. Assim parece difícil garantir que a largura da junta tenha sido constante ao longo de toda a sobreposição. As juntas de sobreposição da segunda camada não foram sempre executadas na área sem granulado. Para tal, a banda de sobreposição teria sempre de ficar do lado onde se aplicaria a camada seguinte. Tal nem sempre aconteceu, tendo sido executadas juntas de sobreposição na área sem granulado. Diga-se que esta situação aconteceu de forma idêntica durante a execução da maqueta de dupla camada, tendo-se corrigido o erro posteriormente. A execução das juntas de sobreposição na cobertura de forma circular revelou-se uma tarefa bastante mais difícil do que o habitual devido à elevada inclinação da cobertura junto aos bordos. Durante a aplicação das membranas, os aplicadores por vezes escorregavam e, com a colher de pedreiro, nem sempre conseguiam exercer a pressão necessária sobre a junta de sobreposição. Assim, de modo a garantir-se uma boa fusão do betume, foi por vezes necessário voltar atrás, passar novamente a chama de maçarico e pressionar a junta de sobreposição. A colocação das mecânicas exactamente a meio das juntas de sobreposição também se apresentou como uma tarefa difícil, tendo-se observado uma grande variabilidade no seu posicionamento, mais uma vez porque a membrana que é fixada mecanicamente não possui uma marcação da banda de sobreposição, tendo sido medida de forma visual a distância entre a fixação e o bordo da membrana. O uso de uma bitola talvez fosse um aspecto a considerar, tanto para a execução das juntas de sobreposição da primeira camada, como para a colocação das. Após a aplicação da primeira camada de impermeabilização, foi possível observar alguns foles (figura 48). Esta anomalia deveu-se em particular a dois motivos: a estrutura resistente não é a mais indicada para a execução deste tipo de sistemas, não fornecendo um suporte regular para a sua aplicação; na zona dos bordos, o declive da cobertura é muito acentuado. execução das juntas, foi necessário que os aplicadores andassem em cima da membrana, introduzindo deformações na mesma. Logo após a sua execução, as deformações introduzidas ter-se-ão tornado permanentes, originando os foles. 49

66 3.Aspectos particulares dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Figura 48 Pormenor dos foles da primeira camada 50

67 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. 4 Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente 4.1 Considerações gerais Para se poder compreender melhor o efeito que determinados componentes têm no comportamento do sistema de impermeabilização, pode-se recorrer a duas vias: a modelação matemática ou a via experimental. No caso presente, ir-se-á recorrer à segunda via, utilizandose um equipamento de sucção do vento, seguindo-se o protocolo descrito no Guia Europeu para a aprovação técnica 006 (ETAG 006) [13]. Adicionalmente, far-se-á o contraponto entre este guia Europeu e um de origem Canadiana [52]. Será conferida expressão aos resultados obtidos através da campanha experimental, fazendo-se a comparação com outros resultados que constam de diversos ETAs. 4.2 Enquadramento normativo europeu A Directiva dos Produtos da Construção, DPC (Directiva comunitária 89/106/EEC de 21 de Dezembro de 1989) surgiu da necessidade de harmonização das leis, regulamentos e disposições administrativas dos estados membros da Comunidade Europeia (CE) relativamente aos produtos da construção. Esta directiva assenta no princípio de que os produtos da construção (no seu conjunto e elementos individuais) devem ser adequados às obras a que se destinam e devem ter em conta a economia associada a uma longa duração da construção. Esta relação adequação economia deve estabelecer-se de modo a reflectir os seis requisitos principais preconizados nesta directiva. Estes requisitos, que devem ser respeitados sempre que as obras estejam sujeitas a regulamentos que os contenham, são os seguintes: 1. Estabilidade e resistência mecânica; 2. Segurança em caso de incêndio; 3. Saúde, higiene e ambiente; 4. Segurança no uso; 5. Isolamento sonoro; 6. Economia energética e isolamento térmico. 51

68 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Assim, os produtos da construção são adequados ao uso a que se destinam, se satisfizerem o preconizado nos seguintes documentos, podendo dispor, por uma dessas vias, da respectiva marcação CE. normas produzidas pelo Comité Europeu para a Normalização (CEN); Aprovações técnicas Europeias (ETAS); especificações técnicas não harmonizadas, reconhecidas ao nível da CE. No caso em estudo (sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente), para que determinado sistema possa dispor da marcação CE, é necessário que possua uma ETA. A Organização Europeia para as Aprovações Técnicas (EOTA) é formada pelos organismos responsáveis pela emissão dos ETAs. Estes organismos são definidos a nível nacional, estando Portugal representado pelo Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC). Para que os organismos possam emitir ETAs, é necessário que exista um ETAG, redigido particularmente com vista à avaliação de determinadas características e requisitos de um produto ou família de produtos ou, em alternativa, um CUAP (Procedimentos Comuns de Apreciação), também elaborados no seio da EOTA [53]. Os ETAs aplicam-se fundamentalmente a produtos com um carácter inovador, incluindo aqueles que são colocados em obra sob a forma de um kit, para os quais será necessário estabelecer as respectivas regras de montagem [13]. No caso em estudo, a avaliação da conformidade é feita com base no ETAG 006, Edição de Março de Systems of Mechanically Fastened Flexible Roof Waterproofing Membranes [13]. Antes da criação do ETAG 006, já existia um guia da UEAtc (União Europeia para a Aprovação Técnica) para a avaliação dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente, em que se especificavam os procedimentos para a execução do ensaio de sucção do vento. Nessa altura, devido ao facto de os sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente não serem um sistema do tipo tradicional, de acordo com o artigo 17º do RGEU [2], o seu uso estava sujeito a um parecer positivo do LNEC que, baseando-se no guia da UEAtc, podia emitir Documentos de Homologação. Foi a partir deste guia que se definiram os mesmos procedimentos para o ensaio de sucção do vento do ETAG 006. No entanto, além de se ter introduzido o conceito de ensaio simplificado, este ETAG incorporou os 6 requisitos essenciais provenientes da directiva dos produtos da construção. 52

69 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. 4.3 Guia europeu para a aprovação técnica de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente (ETAG 006) Ensaio de sucção do vento Como referido, por definição, os sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente são constituídos por uma ou duas membranas de impermeabilização e por peças de fixação (parafusos e plaquetas ou calhas), que se solidarizam a uma estrutura resistente, incorporando geralmente uma camada de isolamento térmico e, eventualmente, uma barreira ao vapor e uma camada de dessolidarização. A apreciação dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente é feita tendo como ponto de partida um ensaio à escala natural, designado de ensaio de sucção do vento. Este ensaio é dispendioso e demorado, nomeadamente por obrigar à execução de uma maqueta que deve ser executada pela empresa aplicadora e por ser longo o número de ciclos preconizado. Como resultado destas dificuldades, surge a necessidade de se reduzir o número de ensaios ao mínimo essencial, podendo para esse efeito recorrer-se ao conceito de ensaios simplificados. Como se apresentará no capítulo relativo a este tipo de ensaios, estes podem ser realizados sempre que se pretenda alterar um e apenas um dos componentes do sistema, que originalmente tenha sido submetido ao ensaio de sucção do vento. Essas alterações podem corresponder a um dos seguintes elementos: peças de fixação; membrana; técnica de ligação das membranas. Tal como referido, o ensaio de sucção do vento consiste na sujeição de um sistema previamente definido (constituído pelo menos por uma membrana de impermeabilização e peças de fixação) a uma carga dinâmica, imposta através de um aparelho de sucção. A escolha do número e tipos de combinações a serem testadas é da responsabilidade do requerente. No entanto, caso o requerente pretenda reduzir o número de ensaios ao mínimo, é conveniente que a combinação a escolher seja a que possui a maior resistência mecânica, pois não são permitidas extrapolações dos resultados obtidos. Caso se efectue um outro ensaio de sucção do vento, deve-se escolher o sistema mecanicamente menos resistente, de modo a poder encontrar-se um limite inferior para a interpolação. Neste ensaio, além das membranas e do processo de ligação entre elas, tanto a camada de isolamento térmico como a estrutura resistente ao qual se solidarizam as, são preponderantes na resistência mecânica do sistema. 53

70 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente A rotura do sistema pode ocorrer na peça de fixação, na ligação dessa peça à estrutura resistente, nas juntas de sobreposição das membranas ou na própria membrana, geralmente junto à fixação. O ensaio é efectuado no sistema para o qual se pretende obter uma ETA. No entanto, se o sistema possuir uma barreira ao vapor, esta será excluída do ensaio porque a presença da barreira ao vapor poderá influenciar positivamente o valor da carga de rotura, violando o princípio de que se devem sempre realizar os ensaios de sucção do vento nas condições mais desfavoráveis. A barreira ao vapor poderá posteriormente ser adicionada ao sistema testado, sem prejuízo da ETA obtida. No caso de sistemas em que uma espessura específica de isolamento térmico não faça parte do kit a apreciar, mas que se preveja que possa vir a pertencer ao sistema numa espessura compreendida entre 0 e 350 mm, a espessura desse isolante a utilizar no ensaio será de 100 mm, sendo os resultados obtidos válidos para o referido intervalo Preparação da maqueta Os ensaios podem ser realizados em sistemas de diferentes dimensões sendo, no entanto, sugeridas as seguintes dimensões (figura 49) [13]: com filas de em que, = número de espaços entre filas de ; = número de espaços entre ; a = espaçamento entre filas de ; b = espaçamento entre numa mesma fila. devendo haver pelo menos 3 filas de 5 cada, ou 4 filas de 4 cada, 54

71 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Figura 49 - Disposição construtiva aconselhada [13] Legenda: m - Comprimento do lado menor da maqueta Ai - Área de influência de uma fixação A câmara de pressão deve possuir pelo menos uma janela, de modo a que a membrana possa ser observada durante o ensaio. A câmara de pressão deve ser capaz de resistir a uma sucção de 10 kpa, devendo ser criado um vedante hermético entre a maqueta e a câmara de pressão. O sistema de sucção e o equipamento de controlo das cargas estão ligados à câmara de pressão para se alcançarem ciclos de pressão dinâmica com uma sequência de aplicação de cada carga semelhante à indicada na (figura 50). A percentagem de erro a partir de cargas de 2 kpa deve estar limitada a 10%. Figura 50 - Sequência de aplicação da carga em cada ciclo (adaptado de [13]) 55

72 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente A estrutura resistente deve ser aquela que o requerente escolher. No entanto, se nada for especificado, a escolha do suporte deve ser feita tendo em conta o tipo de material a que as se destinam, podendo ser betão, contraplacado de madeira, aço, OSB e betão celular ou leve. Referem-se de seguida os principais requisitos a ter em conta para cada um destes materiais: betão: de acordo com a ENV 206: , o betão a utilizar deve apresentar um peso volúmico normal e deve ser formulado com um betão da classe C25, devendo ainda possuir uma espessura de pelo menos 100 mm; no caso de se pretender ensaiar vários tipos de betões, deve-se testar aquele que apresentar a menor resistência mecânica, de forma a poder fazer-se uso dos respectivos resultados para os outros tipos de betão; contraplacado de madeira: de acordo com a EN 636 [43], o contraplacado deve ser da classe de serviço 2 ou 3 e deve ter uma espessura de 19 mm, a não ser que o requerente decida de maneira diferente; perfis metálicos: os perfis metálicos devem ser em chapa de aço galvanizada, devem ter uma espessura mínima de 0.7 mm e devem ser da classe resistente S280; os resultados obtidos são válidos para espessuras e resistências iguais ou superiores às dos perfis ensaiados; OSB e betão celular ou leve: se o requerente desejar, também poderão ser considerados painéis OSB e betões de agregados leves ou celulares; o valor obtido através do ensaio de sucção do vento será válido para outras estruturas de resistência igual ou superior à do tipo ensaiado. No caso de o isolamento térmico fazer parte do kit, deve ser indicada a compressibilidade, a massa volúmica, e quaisquer outras características que possam ser relevantes. As membranas devem ser colocadas de forma simétrica, independentemente da largura das mesmas e deve haver no mínimo 3 linhas de, passando uma delas pelo centro da maqueta. A instalação deve ser feita de acordo com o manual de instalação do aplicador. A maqueta deve ser preservada a uma temperatura de 23ºC 5ºC, durante pelo menos as 16 horas anteriores à execução do ensaio, mantendo-se esta mesma temperatura durante o ensaio. 56

73 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Procedimento experimental A maqueta deve ser colocada de modo simétrico na estrutura da base da câmara de pressão, e deve ser vedada hermeticamente, através do contacto entre o bordo da câmara e a superfície da maqueta. O ensaio é levado a cabo aplicando a sequência de cargas constantes na tabela 7. Cada carga é aplicada em vários patamares de intensidade (40, 60, 80, 90 e 100 % do seu valor), havendo uma relação de proporcionalidade inversa entre o número de ciclos correspondentes a cada um desses patamares e a percentagem da carga aplicada (figura 51). O ensaio termina no momento da rotura do sistema ou quando é atingido o limite de carga permitido pelo aparelho. Número de ciclos Tabela 7 - Sequência de aplicação das cargas Carga por fixação em N Figura 51 - Percentagens de aplicação de cada carga e número de ciclos correspondentes [13] 57

74 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente A rotura do sistema pode ocorrer em quatro modos distintos: rotura da peça de fixação; falha na ligação da fixação à estrutura resistente; pelagem das juntas de sobreposição das membranas; rotura da membrana, em geral junto à fixação. A aplicação da carga deve corresponder ao descrito no diagrama carga - pressão da (figura 50). O tempo dispendido em cada ciclo deve ser de 8 s, havendo uma tolerância de 0,1 s. Por outro lado, 90% da carga máxima deve ser atingida entre 0,7 e 1,0 s logo após o início do ciclo. A carga máxima deve ser mantida durante pelo menos 2 s. O comportamento da maqueta deve ir sendo observado, fazendo-se uso de uma janela presente na câmara de pressão. No momento da rotura, os dados mais importantes a serem registados são os seguintes: modo de rotura; patamar da carga aplicada; número de ciclos realizados. Após a determinação da tensão de rotura do sistema P w (tensão correspondente à carga aplicada anteriormente à rotura), é então possível proceder ao cálculo da força aplicada a cada parafuso (W teste ), multiplicando-se a tensão de rotura do sistema (P w ) pela área de influência do parafuso (A i ): (6) O valor da carga de ensaio corrigida (W corrigido ), resulta da multiplicação da carga de ensaio (W teste ) por dois factores correctivos que tentam introduzir aspectos não reproduzíveis nos ensaios laboratoriais: (7) O factor C a representa o efeito da deformação da membrana numa cobertura real, a qual não é completamente reproduzida no ensaio devido às condições de fronteira [2]. O seu valor é obtido através da consulta da (figura 52), partindo dos valores do comprimento do lado menor da maqueta (m), da distância entre filas de (a) e da distância entre duas consecutivas de uma mesma fila (b) (figura 49) 58

75 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Figura 52 Sequência de aplicação das cargas [3] O factor C d traduz o facto de a probabilidade de rotura de uma fixação na maqueta ser inferior à real, devido ao número reduzido de utilizadas. Este factor é, por isso, função do tamanho da maqueta usada, tomando os valores listados na tabela 8 consoante as situações descritas. Tabela 8 - Valores de C d Para dimensões maiores * Não são permitidas dimensões abaixo das referidas O valor da carga admissível (W adm) é obtido através da aplicação do factor de majoração, traduzindo assim os defeitos da variabilidade das características do material e da possibilidade de uma instalação menos cuidadosa: (8) 59

76 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Ensaios simplificados O objectivo dos ensaios simplificados é evitar a realização de ensaios de sucção do vento, quando se pretende alterar um e apenas um dos componentes do sistema. A filosofia subjacente a estes ensaios assenta no princípio de que um dado modo de rotura se mantém constante, se a componente que deu origem à rotura do sistema for trocada por outra de resistência inferior, reduzindo a resistência do sistema de forma proporcional à redução de resistência por parte da nova componente. Por outro lado, se um novo componente apresentar uma resistência superior ao original, utilizado no ensaio de sucção do vento, poder-se-á continuar a fazer uso do conceito de ensaios simplificados. No entanto, não é possível fazer extrapolações, devendo-se considerar a resistência do novo sistema como sendo igual à do original. Se o componente do sistema a alterar tiver uma resistência inferior à resistência do componente original, e se a rotura do sistema quando submetido ao ensaio de sucção do vento não tiver acontecido através desse mesmo componente, não é possível efectuar interpolações na resistência do sistema. Nesta óptica, o requerente deve procurar submeter aos ensaios de sucção do vento o kit que lhe ofereça maiores garantias de resistência, de modo a poder tirar o máximo partido das interpolações permitidas. Pretendendo efectuar uma alteração às componentes do sistema que provocou a rotura, é ainda necessário ter em atenção se o tipo de alteração que se pretende operar no componente pertence ou não ao conjunto de alterações permitidas. No caso negativo, não é possível fazer uso do conceito de ensaios simplificados. Após a verificação destes pressupostos, torna-se então necessário recorrer a ensaios que permitam avaliar o desempenho do componente novo e do componente original. É então definido um factor a partir da relação entre os valores característicos de resistência do componente novo e do componente original. Os ensaios simplificados, que podem ser utilizados com vista à dedução deste factor, são os seguintes: - peças de fixação: ensaio de carga axial [3]; ensaio de desenroscamento da peça de fixação [13]; - membranas: ensaio de tracção [56, 57]; ensaio de rasgamento da membrana [58, 59]; 60

77 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. - juntas de ligação das membranas: ensaio de pelagem das juntas [60, 61]. combinação Recorrendo a este conceito, o valor da carga de dimensionamento da nova, pode ser obtido através da aplicação da seguinte fórmula, (9) em que : combinação original; é a carga de dimensionamento admissível para cada fixação da combinação nova; é a carga de dimensionamento admissível para cada fixação da é o factor que correlaciona a resistência da combinação original com a resistência da combinação nova. O factor K deve ser sempre maior do que 0,5 e menor do que 1,0. Isto porque, de acordo com o ETAG 006 [13], não se aceitam reduções da carga de dimensionamento de cada fixação superiores a 0,5 da carga original e porque, tal como referido, a extrapolação não é permitida. Ao admitir-se que um novo componente tem uma capacidade resistente superior à do componente original, está-se a ignorar a hipótese de o modo de rotura poder variar, podendose verificar a cedência num componente diferente daquele em que a rotura foi originalmente observada. Deste modo, pode não se chegar a atingir a carga que tenha sido incorrectamente extrapolada, incorrendo-se no erro de a carga de colapso do sistema ser inferior à dimensionada. Apresenta-se na figura 51 o diagrama de funcionamento geral dos ensaios simplificados. Consoante o tipo de alteração que se pretenda operar no sistema, devem-se seguir os passos indicados com o número respectivo. Assim, se a alteração a operar for uma mudança de fixação, devem-se seguir os passos indicados com o número 1. Se a alteração a operar for uma mudança de membrana de impermeabilização, devem-se seguir os passos indicados com o número 2. Se a alteração a operar for uma mudança no processo de ligação das membranas, devem-se seguir os passos indicados com o número 3. 61

78 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente? 1.Rotura pela fixação 2.Rotura por rasgamento 3.Rotura por pelagem NÃO 1.Ensaio de carga axial 2.Ensaio de tracção e rasgamento 3.Ensaio de pelagem das juntas SIM 1.Ensaio de carga axial 2.Ensaio de tracção e rasgamento 3.Ensaio de pelagem das juntas? 1.Rcn<Rco 2.Tcn/Tco < Ra,cn/Ra,co 3.Pcn < Pco SIM? NÃO NÃO SIM 1.Rcn < Rco 2.Tcn/Tco < Ra,cn/Ra,co 3.Pcn < Pco 1.K=Rcn/Rco 2.K= (Tcn/Tco) / (Ra,cn/Ra,co) K=1 NOVO ENSAIO DE VENTO 3.K=Pcn/Pco Figura 53 Diagrama geral de funcionamento dos ensaios simplificados (adaptado de [13]) Legenda: R cn e R co - Resistência ao arrancamento da fixação da combinação nova e original, respectivamente; Ra, cn e Ra, co - Resistência ao rasgamento da membrana da combinação nova e da combinação original, respectivamente; T cn e T co - Resistência à tracção da membrana da combinação nova e original, respectivamente; P cn e P co - Resistência à pelagem da membrana da combinação nova e da combinação original. Note-se que, para se poder fazer uso do conceito de ensaio simplificado no caso da rotura por rasgamento da membrana, torna-se necessário realizar dois ensaios distintos, em que a 62

79 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. expressão terá de ser verificada para se poderem obter valores de inferiores à unidade. Nesse caso, o valor de para essa mesma situação é dado pela expressão, (10) em que, T cn e T co representam respectivamente a resistência à tracção da membrana da combinação nova e original, determinados num ensaio de tracção [56, 57]; Ra, cn e Ra, co representam, respectivamente, a resistência ao rasgamento da membrana da combinação nova e da combinação original [58, 59]. No caso de a inequação referida não se verificar, para se poder tomar, torna-se necessário verificar se os quocientes e estão compreendidos entre 0,8 e 1,2. A não satisfação deste requisito implica a realização de um novo ensaio de sucção do vento Ensaios sobre os componentes Segundo o disposto no ETAG 006, além dos ensaios simplificados, existem ainda vários ensaios que têm de ser necessariamente efectuados sobre os componentes do sistema. No entanto, e em ambas as situações, se os componentes a testar possuírem a marcação CE e se nas fichas técnicas constarem os valores correspondentes ao ensaios exigidos pelo ETAG 006, pode ser dispensada a realização desses ensaios sobre os componentes [13, 54]. 4.4 Ensaios de sucção do vento Tipos de ensaios de sucção do vento Existem dois grupos distintos de ensaios de sucção do vento: os ensaios estáticos e os ensaios dinâmicos. Anteriormente ao surgimento dos sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente, os sistemas mais em voga eram os do tipo aderente que, como explicitado na secção 2.4, dão uma resposta estática à solicitação do vento. Para estes sistemas, o tipo de ensaios preconizado é um ensaio estático. Com a evolução da tecnologia de produção de 63

80 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente membranas, nomeadamente o uso de polímeros, tanto no ligante como nas armaduras, as membranas passaram a ter uma resistência francamente superior à registada anteriormente, permitindo o aparecimento de uma nova tecnologia de construção - os sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Esta nova tecnologia, ao contrário dos sistemas colados, fornece uma resposta dinâmica à solicitação do vento, introduzindo o fenómeno da fadiga nos seus materiais constituintes. Foi por isso necessário dar importância a este fenómeno e criar ensaios de sucção do vento que reproduzissem o melhor possível o comportamento real deste tipo de sistemas, surgindo assim os ensaios de sucção dinâmicos. Nos ensaios estáticos, as coberturas são sujeitas a diferenças de pressão constantes, variando-se apenas a sua intensidade. Neste grupo, inserem-se os testes da FM Global (FMG) 4470 e da Underwriters Laboratories (UL 580 e 1897) (Ensaios Norte Americanos) (figura 54). Nos ensaios dinâmicos tenta-se fazer uma reprodução o mais exacta possível do comportamento do vento. Faz-se variar a pressão num escasso período de tempo (um ciclo), repetindo-se essas variações em diversos ciclos, que poderão ter também intensidades variáveis. Neste grupo, inserem-se os testes Canadianos da Canadian Standards Association (CSA) [52] (figura 59) e o teste europeu - ETAG 006 (figura 51) [28, 62]. Nos ensaios estáticos, o modo de rotura mais vulgar é o arrancamento das, enquanto nos ensaios dinâmicos é mais vulgar observar-se rotura na membrana. Figura 54 - Exemplo do andamento de um ensaio estático (FM Global) [13] 64

81 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente O caso Europeu e o caso Canadiano Ao nível do continente Americano e Europeu, e no que concerne aos ensaios dinâmicos de sucção do vento, os ensaios Europeus [13] e Canadianos [52] são provavelmente os mais conceituados. Nesta secção, é feita uma análise comparativa destes ensaios, tendo em consideração o equipamento utilizado, o programa de carga e a filosofia de aprovação dos sistemas Equipamento No caso Europeu, os equipamentos de sucção do vento mais usuais (figura 55) estão concebidos para testar maquetas de dimensões 2 m 2 m ou 3 m 3 m, enquanto o equipamento Canadiano (DRF-WT) (figura 56) permite testar maquetas com dimensões de 2 m 6 m. Este equipamento permite ainda a realização de ensaios de sucção do vento a temperatura controlada, não sendo no entanto necessária a realização dos mesmos para a obtenção de uma aprovação técnica. Figura 55 Equipamento de sucção do vento 65

82 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Figura 56 Percurso do vento na DRF-WT para o modo de aquecimento e de refrigeração (adaptado de [63]) No caso Europeu, o ETAG 006 também não contempla o efeito da temperatura em condições de serviço. Porém, no guia da UEAtc (predecessor do ETAG 006) existe um coeficiente Ct (obtido a partir dos valores de um ensaio normalizado de rasgamento) que permite avaliar o efeito da temperatura na resistência da membrana de impermeabilização em condições de serviço. A exclusão deste coeficiente talvez fique a dever-se à obrigatoriedade da utilização de produtos com marcação CE. Esta marcação obriga a um nível mínimo de comportamento da membrana, quando exposta à acção dos agentes de envelhecimento naturais. Os ciclos produzidos, tanto num como noutro aparelho, têm a duração de 8 segundos, havendo um período de cerca de 1 segundo entre o início do ciclo e o início do patamar teórico. A duração deste patamar é de no mínimo 2 segundos no caso Europeu (figura 58) e de cerca de 3 segundos no caso Canadiano (figura 57). 66

83 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Figura 57 Exemplo de um ciclo do ensaio dinâmico Canadiano (adaptado de [63]) Figura 58 Exemplo de um ciclo do ensaio dinâmico Europeu [13] Programa de carga Relativamente aos programas de carga, de um modo geral, verifica-se que em ambos os casos se segue o princípio da proporcionalidade inversa entre número de ciclos e a carga aplicada. No caso Europeu, através do ETAG 006, a distribuição das percentagens de carga aplicadas em cada patamar de carga é feita de forma simétrica (figura 51). No caso Canadiano, o ensaio da CSA prevê a existência de dois grupos distintos (figura 52). No grupo 1, tal como no ensaio europeu, a carga é aplicada desde o patamar de tensão zero até à percentagem de carga em ensaio (simulando-se o efeito de sucção do vento). No grupo 2, procura-se introduzir o efeito da pressão interior, produzindo-se ciclos a partir de um patamar de pressão diferente de zero. Outra diferença entre os programas de carga, consiste no registo de intensidade em que se aplicam os ciclos - ver tabela 9. O ensaio Europeu aplica um maior número de ciclos nas percentagens de carga mais baixas, ao invés do que acontece relativamente ao ensaio Canadiano. Este pormenor irá contar de forma decisiva para a diminuição do tempo de ensaio. No entanto, note-se que o ETAG 006 prevê o recurso a ensaios simplificados como meio de redução do número de ensaios de sucção do vento, os quais não estão previstos no protocolo Canadiano. 67

84 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Figura 59 Programa de cargas do ensaio da CSA (adaptado de [63]) Filosofia de aprovação dos sistemas No caso Europeu, o ensaio é conduzido até ao estado limite último, aplicando-se depois o descrito no ETAG 006, para a determinação da carga de dimensionamento por fixação. Esta carga, chamada carga admissível (W adm ), vai permitir dimensionar o sistema de acordo com as acções descritas no EC 1 ou noutro regulamento de acções de âmbito nacional. No caso Canadiano, a carga a testar é pré-definida pelo requerente, tendo ou não por base o regulamento nacional de acções. Se o modelo de cobertura em ensaio não sofrer rotura durante o grupo 1 de percentagens da pressão de dimensionamento (nível A), o sistema testado é considerado apto para a zona corrente do terraço. Passando também no grupo 2, o sistema é considerado apto para a zona periférica e, por conseguinte, igualmente apto para a zona corrente. O sistema aprovado é válido para qualquer edifício que tenha uma pressão de dimensionamento inferior à ensaiada. Terminando o nível A, o ensaio prossegue para os níveis seguintes, até se dar a rotura do sistema. O sistema aprovado terá como carga de dimensionamento a carga máxima correspondente ao grupo anterior. 68

85 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Apreciação global O ensaio de sucção do vento Canadiano foi desenvolvido e validado tendo por base o ensaio de sucção do vento da UEAtc [26,64]. Na altura do seu desenvolvimento, a principal vantagem anunciada foi o facto de os ensaios Canadianos demorarem muito menos tempo a realizar, apresentando os mesmos modos de rotura do que os ensaios da UEAtc. No entanto, o novo conceito de ensaio simplificado introduzido pelo ETAG 006 veio mudar esta percepção, permitindo uma grande variabilidade na concepção dos kits de impermeabilização. Deste modo, assiste-se à redução substancial do número de ensaios de sucção do vento. O protocolo Canadiano permite apenas a incorporação de componentes novos no sistema se estas apresentarem características mecânicas superiores às dos componentes originais, não sendo assim permitida a interpolação. Deste modo, no que concerne à utilização dos resultados obtidos a partir do ensaio de sucção do vento, o protocolo Canadiano apresenta-se mais conservativo do que o seu congénere Europeu. Em resumo, apresenta-se na tabela 9 uma análise comparativa dos dois ensaios. Tabela 9 Análise comparativa dos ensaios da EOTA e da CSA Parâmetro EOTA CSA Ensaios simplificados Sim Não Pressão Interna Não Sim Vibração da membrana Não Sim Tempo de ensaio Cerca de 48 horas 5 horas Correcção da temperatura Não Não Número máximo de ciclos Inexistente 5000 Ciclos de intensidade baixa (<40% da pressão de ensaio) 71% dos ciclos de ensaio 18% dos ciclos de sucção Ciclos de intensidade média (40-75% da pressão de ensaio) Ciclos de intensidade alta (>75% da pressão de ensaio) Resultado final 28% dos ciclos de ensaio 1% dos ciclos de ensaio W adm 68% dos ciclos de sucção 14% dos ciclos de sucção Pressão máxima admitida 69

86 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente 4.5 Campanha experimental Objectivos A campanha de ensaios teve como objectivo avaliar a influência de dois parâmetros na resistência de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente e sujeitos ao ensaio de sucção do vento: espessura do isolamento térmico; constituição do revestimento de impermeabilização. Assim, como variáveis foram consideradas várias espessuras de um mesmo tipo de isolamento térmico e diferentes constituições de revestimentos de impermeabilização. A variação nos revestimentos de impermeabilização ocorreu ao nível das armaduras, da massa por unidade de superfície da membrana e do número de membranas aplicadas. A mistura betuminosa presente na constituição de todos os revestimentos foi sempre do tipo betumepolímero APP Programa de ensaios O programa de ensaios foi concebido tendo como objectivo a avaliação dos dois parâmetros supracitados. Assim, de modo a avaliar o primeiro parâmetro construíram-se maquetas com painéis isolantes de lã de rocha com três espessuras diferentes, mas sempre com um mesmo tipo de membrana. avaliação do segundo parâmetro, construíram-se maquetas com membranas de impermeabilização de diferentes características mas com painéis de lã de rocha com a mesma espessura de 60 mm. As combinações testadas estão sintetizadas na tabela 10. Tabela 10 Programa de preparação das maquetas Espessura do isolamento térmico (mm) Membrana A ( * ) B C + D 40 Maqueta 4 60 Maqueta 1 Maqueta 3 Maqueta Maqueta 5 ( * ) Ver a constituição das membranas na tabela

87 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. A largura das juntas de sobreposição de todas as membranas foi de 80 mm, com excepção das juntas da membrana B, cuja largura foi de 90 mm Preparação das maquetas O aparelho de sucção do vento usado neste ensaio foi comercializado pelo instituto Holandês BDA KEUR possuindo uma câmara de pressão de dimensões 2 m x 2 m e de 3 m x 3 m. realização das maquetas foram inicialmente dispostos dois barrotes de madeiras no pavimento. De seguida, sobre estes barrotes, foram colocadas chapas metálicas, que foram solidarizadas entre si e solidarizadas aos barrotes. Depois, colocaram-se os painéis de isolamento térmico e a camada de impermeabilização, tendo estes elementos sido solidarizados ao sistema através de Características dos materiais utilizados Como estrutura resistente, foram utilizadas chapas metálicas nervuradas com as características geométricas apresentadas na tabela 11. Espessura (mm) Tabela 11 Características geométricas das chapas metálicas nervuradas Altura das nervuras (mm) Comprimento das chapas (m) Distância entre nervuras (mm) Largura do banzo superior das nervuras (mm) Largura mínima das nervuras (mm) 0, , Os parafusos utilizados na fixação do isolamento térmico e das membranas de impermeabilização têm as características geométricas apresentadas nas tabelas 12 e 13, em que L é o comprimento do fuste do parafuso, Ø Nominal é o diâmetro do fuste do parafuso e Ø Rosca de travamento é o diâmetro da rosca de travamento. Tabela 12 Características geométricas dos parafusos utilizados na fixação do isolamento L (mm) Ø Nominal (mm) térmico Ø Rosca de travamento (mm) 60 4,86 5, ,82 5, ,82 5,75 Tabela 13 - Características geométricas dos parafusos utilizados na fixação das membranas L (mm) de impermeabilização Ø Nominal (mm) Ø Rosca de travamento (mm) 60 4,78 5, ,73 5, ,72 5,86 As plaquetas utilizadas na fixação do isolamento térmico e das membranas de impermeabilização têm as características geométricas apresentadas nas tabelas 14 e 15 em 71

88 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente que L é comprimento da plaqueta, B é a largura da plaqueta e Ø Nominal é o diâmetro do orifício da plaqueta. Tabela 14 Características geométricas das plaquetas utilizadas na fixação do isolamento Dimensões (mm) térmico Espessura (mm) Ø Nominal (mm) L B 64,78 65,03 0,82 4,64 Tabela 15 - Características geométricas das plaquetas utilizadas na fixação das membranas Dimensões (mm) de impermeabilização Espessura (mm) Ø Nominal (mm) L B 82,35 39,94 0,96 4,82 Os parafusos utilizados para a ligação das chapas metálicas aos barrotes e para a ligação das chapas metálicas entre si ao longo das juntas de sobreposição longitudinais, têm as características geométricas apresentadas nas tabelas 16 e 17, em que L é comprimento do fuste do parafuso, Ø Nominal é o diâmetro do fuste do parafuso e Ø Anilha é o diâmetro do orifício da anilha. Tabela 16 Características geométricas dos parafusos utilizados para a ligação chapa L (mm) metálica-barrote Ø Nominal (mm) Ø Anilha (mm) 33,79 6,84 18,25 Tabela 17 Características geométricas dos parafusos utilizados para a ligação entre duas L (mm) chapas metálicas Ø Nominal (mm) Ø Anilha (mm) 19,85 4,7 13,92 As características físicas e geométricas das membranas de impermeabilização utilizadas são descritas na tabela

89 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Tabela 18 Características físicas e geométricas das membranas de impermeabilização utilizadas Membrana Mistura Armadura Massa Acabamento A (juntas de 80 mm) Betume - Polímero APP Feltro de 2 poliéster de 4 kg/m 150 g/m 2 Filme de polietileno na face inferior e granulado verde de ardósia na face superior B (juntas de 90 mm) Betume - Polímero APP Feltro de 2 poliéster de 5 kg/m 150 g/m 2 Filme de polietileno na face inferior e granulado verde de ardósia na face superior C (juntas de 80 mm) + D (juntas de 80 mm) Betume - Polímero APP Feltros de poliéster de 180 g/m g/m 2 5 kg/m kg/m 2 Filme de polietileno na face inferior e granulado azul de ardósia na face superior + Filme de polietileno em ambas as faces As características físicas e geométricas dos painéis de lã de rocha utilizados são descritas na tabela 19. Tabela 19 Características físicas e geométricas dos painéis de lã de rocha utilizados Espessura nominal das placas (mm) Média dos comprimentos (m) Média das larguras (m) Média das massas (kg) Média das massas volúmicas (kg/m 3 ) 40 1,199 1,004 9, ,200 1,001 12, ,201 1,001 19, tabela 20. As características geométricas dos barrotes de madeira utilizados são descritas na Tabela 20 Características geométricas dos barrotes de madeira utilizados Comprimento (m) Largura da secção (m) Altura da secção (m) 2,64 0,07 0,1 73

90 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente tabela 21. As características geométricas das tábuas de madeira utilizadas são descritas na Tabela 21 Características geométricas das tábuas de madeira utilizadas Comprimento (m) Largura nominal (m) Espessura nominal (mm) Variável (2,60 a 2,80) 0, Execução das maquetas As maquetas foram executadas por empresas da especialidade no pavilhão de Macau do LNEC. Os materiais necessários à sua execução foram também os correntemente comercializados em Portugal para este tipo de sistemas de impermeabilização. A execução das maquetas decorreu durante a manhã e o início da tarde, período durante o qual a temperatura do ar a temperatura do ar variou entre 16 e 23ºC. O processo de execução das cinco maquetas foi idêntico para as cinco maquetas com excepção da maqueta 2 (sistema de camada dupla). O processo de execução de cada maqueta pode ser descrito pelas seguintes etapas: i. Posicionamento dos barrotes de madeira; ii. Fixação das chapas metálicas nervuradas; iii. Aplicação dos painéis de lã de rocha; iv. Aplicação das membranas de impermeabilização; v. Aplicação de tábuas de remate periférico; vi. Execução dos remates da impermeabilização. i. Posicionamento dos barrotes de madeira Os dois barrotes de madeira foram dispostos sobre o pavimento, paralelamente um ao outro, a uma distância de 2,1 m entre eixos (figuras 60 e 61), de modo a coincidirem com os perfis metálicos de apoio do aparelho de sucção do vento. Note-se que a altura dos barrotes deveria ser tal que permitisse, após a execução da maqueta, que ela fosse deslocada com os meios disponíveis para os apoios do aparelho de sucção do vento. Esta operação far-se-ia através da introdução das forquilhas de uma empilhadora entre o pavimento e a face inferior das chapas metálicas nervuradas. 74

91 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Figura 60 Barrotes utilizados Figura 61 Disposição dos barrotes ii. Fixação das chapas metálicas nervuradas Foram utilizadas três chapas metálicas com 2,5 m de comprimento, duas com a largura nominal de 1 m e outra com uma largura de 0,5 m. As chapas foram posicionadas lado a lado, sobrepondo-se uma nervura (figuras 62 e 63). A chapa de menor largura foi sempre colocada num dos bordos da maqueta. Dado que as nervuras das chapas metálicas não apresentavam simetria relativamente ao seu plano médio (a dimensão do banzo superior é diferente da do banzo inferior), as chapas foram colocadas de modo a que fosse o banzo menor a apoiar-se sobre os barrotes, para que fosse menor o vão livre entre nervuras dos painéis de isolamento térmico a colocar posteriormente, para que a resistência à flexão desses painéis fosse superior. Após o correcto posicionamento das chapas, procedeu-se à sua fixação aos barrotes. Para isso, foram utilizados 12 parafusos, aplicando-se 6 em cada lado, nervura sim nervura não (figura 64). Adicionalmente, e de modo a melhorar o funcionamento da chapa como um todo, solidarizaram-se as chapas metálicas umas às outras, ao longo das juntas de sobreposição longitudinais, utilizando-se para isso um total de 4 parafusos (2 parafusos por cada junta de sobreposição), regularmente espaçados (figura 65). Figura 62 Sobreposição de uma nervura Figura 63 Disposição das chapas 75

92 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Figura 64 Pormenor da fixação de uma chapa a um barrote Figura 65 Disposição dos parafusos iii. Aplicação dos painéis de lã de rocha Os painéis de lã de rocha empregues na execução das maquetas tinham dimensões nominais de 1,0 m 1,2 m, tendo sido utilizados painéis com as espessuras de 40, 60 e 100 mm. Antes da aplicação dos painéis, determinou-se o centro geométrico das chapas já colocadas através da intersecção das perpendiculares a dois bordos. O primeiro painel foi centrado nesse ponto, sendo colocado de modo a que a maior dimensão ficasse perpendicular à direcção das nervuras (figura 66). Posteriormente, colocaram-se quatro painéis ladeando em dois bordos o painel central, formando assim um H (figura 67). Em seguida, utilizando um serrote, cortaram-se rente à chapa os bordos dos painéis em excesso, e preencheram-se as duas áreas rectangulares em falta com duas metades de um novo painel (figura 69). Após a correcta disposição dos painéis, procedeu-se à sua fixação (figura 68). O tipo de utilizadas consistiu numa plaqueta quadrangular e um parafuso. Foi necessário ter em atenção a disposição adoptada para as de modo a não ficarem nas zonas onde posteriormente viessem a ser colocadas as do revestimento de impermeabilização. 76

93 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. / Figura 66 Colocação dos painéis Figura 67 Rectificação dos painéis Figura 68 Fixação utilizada Figura 69 Aspecto final iv. Aplicação das membranas Em quatro casos foram aplicados dois sistemas de impermeabilização diferentes: um de camada única e um de dupla camada. A membrana usada para o estudo da influência do isolamento térmico (maquetas 3, 4, e 5) possuía uma banda de sobreposição com 0,09 m de largura, possuindo todas as outras 0,08 m de largura. Aplicação da primeira camada: A primeira camada é sempre aplicada do mesmo modo, seja qual for o sistema (figura 70). No entanto, se esta fizer parte de um sistema de dupla camada, não será naturalmente autoprotegida com granulado mineral (figura 77). A aplicação foi feita em 4 troços de cerca de 2,3 m de comprimento, havendo dois troços com a largura de 1,0 m e dois com cerca de 0,25 m. As membranas foram sempre aplicadas perpendicularmente às nervuras das chapas metálicas. Começou por se colocar os dois troços mais largos ao centro procurando-se alinhar a junta de sobreposição das membranas respectivas com os pontos médios de duas arestas opostas da chapa metálica (figura 71). Seguidamente, colocaram-se as membranas mais estreitas, uma de cada lado, formando mais duas juntas de sobreposição e cobrindo por completo a superfície da maqueta. 77

94 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente No passo seguinte, fez-se a solidarização das membranas à estrutura resistente (figura 72), utilizando constituídas por uma plaqueta ovalizada e um parafuso (figura 73). As foram aplicadas ao longo de três alinhamentos, coincidentes com as juntas de sobreposição das membranas, que ficaram situadas a uma distância de 0,9 m umas das outras. Ao longo de cada alinhamento, o espaçamento entre foi de 0,25 m (idêntico ao espaçamento entre nervuras), tendo as sido cobertas com a membrana sobrejacente. Após a fixação da membrana à estrutura resistente, procedeu-se à ligação das membranas entre si, através do uso da chama de maçarico (figura 74). Começou por se soldar as membranas centrais e depois as laterais. Tentou-se manter uma determinada cadência de aplicação, de modo a criar uma boa fusão do material, criando uma junta homogénea. Durante o processo, houve sempre o cuidado de comprimir ligeiramente a junta de sobreposição imediatamente após a passagem da chama, promovendo-se assim uma boa ligação dos materiais, tal como a expulsão do ar presente nessas sobreposições. Para este efeito, usou-se uma colher de pedreiro. Figura 70 Disposição das membranas da primeira camada 78

95 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Figura 71 Alinhamento da junta de sobreposição com o ponto médio da aresta da chapa metálica Figura 72 Fixação do primeiro troço de membrana Figura 73 Peças de fixação utilizadas Figura 74 Soldadura das membranas Aplicação da segunda camada: colocação da segunda camada do sistema de impermeabilização de dupla camada, foram utilizados troços de membrana com 2,2 m de comprimento, havendo dois troços com largura de 0,7 m e outro com 1,0 m. As membranas foram colocadas com a mesma orientação da primeira camada, sendo dispostas de modo a sobreporem as juntas de sobreposição da camada inferior, ficando no meio o troço de 1,0 m de largura (figura 76) A solidarização dos troços da membrana da segunda camada aos da primeira camada deve iniciar-se por um dos troços periféricos, ficando a banda sem granulado desse troço posicionada no lado interior da maqueta. Colocam-se sucessivamente os troços seguintes, garantindo-se assim a correcta ligação desses troços das membranas nas suas juntas de sobreposição (figura 75). No entanto, por lapso, a sequência de aplicação não veio a ser esta, tendo sido aplicado em primeiro lugar o troço central (figura 77). Verificou-se de imediato que deste modo não seria naturalmente possível efectuar a sobreposição no lado do bordo com granulado, tornando-se necessário recorrer a uma solução de recurso. Aplicando a chama de maçarico e com a ajuda de uma colher de pedreiro, foi possível fazer refluir o betume à superfície do granulado, removendo algum dele com a colher de pedreiro, criando deste modo boas condições de aderência para a ligação entre membranas (figuras 78 e 79) 79

96 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Figura 75 Sequência de aplicação da segunda camada Figura 76 Disposição do troço central da membrana Figura 77 Soldadura do troço central executada erradamente Figura 78 Refluimento do betume no bordo do troço central Figura 79 Aplicação do último troço após refluimento do betume 80

97 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. v. Aplicação das tábuas periféricas Após a aplicação do sistema de impermeabilização, procedeu-se à colocação de tábuas nos bordos da maqueta. Estas foram dispostas de modo a que o seu perímetro interior formasse um quadrado de 2 m de lado (figura 80). As tábuas foram depois solidarizadas à estrutura resistente através de 8 aplicadas nos cantos (figura 81). Estas tábuas têm como objectivo conferir maior rigidez periférica à maqueta, pois é nessa zona que o aparelho de sucção fará o seu ajustamento à maqueta, através de perfis de neoprene. Figura 80 Disposição das tábuas periféricas Figura 81 Fixação das tábuas 81

98 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente vi. Execução dos remates da impermeabilização execução dos remates, foram utilizadas bandas de membrana com 0,25 m de largura, que se colocaram sobre as tábuas periféricas (figura 82). Estas bandas têm como objectivo vedar a maqueta, tornando-a estanque ao ar, para que não ocorra abaixamento de pressão durante o ensaio. Nos cantos, houve o cuidado de evitar a sobreposição excessiva das membranas, para não se criarem saliências que pudessem prejudicar o ajustamento da câmara do equipamento de sucção à maqueta. Deste modo, tentou-se mais uma vez evitar quebras na pressão de ensaio (figura 83). Figura 82 Aplicação de um remate Figura 83 Pormenor da execução do remate num canto da maqueta Apresenta-se na figura 84 as dimensões e a disposição final de uma maqueta com um sistema de impermeabilização de camada dupla. 82

99 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Figura 84 Disposição final de uma maqueta [m] Legenda 1 Parafuso e plaqueta de fixação dos painéis de lã de rocha; 2 Parafuso e plaqueta de fixação da membrana de impermeabilização; 3 Parafuso de fixação das chapas metálicas nervuradas; 4 Barrote de apoio das chapas metálicas nervuradas. 83

100 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Execução dos ensaios Descreve-se nesta secção o procedimento típico para a realização dos ensaios que incluiu basicamente a colocação da maqueta, a programação da máquina e a monitorização do ensaio. A execução tipo dos ensaios seguiu os seguintes passos. a) Colocação da maqueta A maqueta a ensaiar foi colocada em cima da plataforma móvel do equipamento de ensaio de sucção do vento, utilizando-se para o efeito uma empilhadora (figura 85). Com este mesmo meio de elevação, foi colocada sobre a maqueta a câmara do equipamento, ajustando cuidadosamente as borrachas de neoprene dessa câmara aos remates periféricos da impermeabilização de modo a garantir a estanquidade ao ar do respectivo contorno. No caso da maqueta com o sistema de impermeabilização de camada dupla, o facto de existirem duas membranas sobrepostas fez com que houvesse dificuldades adicionais na garantia dessa estanquidade, especialmente nos cantos da maqueta. A solução encontrada foi colocar aí sobras de membranas de forma a corrigir o problema (figura 86). Durante o ensaio, a estanquidade aérea da acoplagem da maqueta à câmara de sucção, pôde ser facilmente verificada, distribuindo previamente grânulos de poliestireno expandido em torno do perímetro da câmara de sucção e observando o seu eventual movimento durante o decorrer do ensaio. Figura 85 Colocação da câmara de sucção sobre a maqueta a ensaiar 84

101 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Figura 86 Pormenor do uso de sobras de membrana para tornar estanque ao ar uma zona de canto da maqueta b) Programação da máquina A programação da máquina é feita num painel de controlo (figura 87), e consistiu basicamente na introdução do número de ciclos e na regulação da pressão de ensaio (sucção), abrindo ou fechando duas válvulas disponíveis para esse efeito. Figura 87 Painel de controlo 85

102 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente As pressões de ensaio, correspondentes às cargas a aplicar e constantes no ETAG 006, foram obtidas multiplicando cada uma dessas cargas pela densidade de. A densidade de é uniforme, tendo sido obtida dividindo uma fixação (parafuso + plaqueta) pela sua área de influência (1 fixação / 0,23 m 2 = /m 2 ). A área de influência acima referida foi obtida multiplicando a distância entre filas de pela distância entre (0,9 m 0,25 m = 0,23 m 2 ). Exemplificando, para uma carga de 300 N, o valor da pressão de ensaio é a seguinte: Apresentam-se na tabela 22 os valores máximos (100%) da pressão de ensaio para a referida densidade de /m 2 (valores a vermelho), bem como os restantes valores correspondentes a uma percentagem dessa pressão máxima de ensaio. Tabela 22 Excerto do programa de cargas c) Monitorização do ensaio A monitorização das maquetas submetidas ao ensaio foi feita observando-se regularmente o seu desempenho, nomeadamente quanto à ocorrência de qualquer modo de rotura (figura 88). O critério preconizado para considerar a rotura da membrana foi uma quebra de pressão da ordem dos 10%. 86

103 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. Figura 88 Ensaio em curso. Observação da deformação do sistema No caso do sistema de impermeabilização de camada dupla, a observação do momento exacto da ocorrência de rotura do sistema não se apresentou como uma tarefa fácil. A existência de uma segunda membrana não permitiu a visualização directa da rotura na junta de sobreposição. Além disso, pelo facto de o sistema continuar a garantir a estanquidade ao ar no momento da rotura, não foi possível observar nitidamente a perda de pressão que habitualmente poderia ser observada no manómetro da máquina. Assim, foi necessária uma monitorização mais atenta, e suplementar, tendo praticamente como único indicador de rotura do sistema o deslocamento lateral da junta de sobreposição (figura 89 e 90). Corte transversal ao plano da maqueta Vista da janela do aparelho de sucção do vento Figura 89 Funcionamento normal da junta de sobreposição Figura 90 Deslocamento da junta de sobreposição devido à ocorrência de pelagem lém da verificação da estanquidade ao ar da periferia da maqueta pelo processo indicado na secção a) foram-se registando dados relativamente à humidade e à temperatura ambiente. 87

104 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Resultados obtidos e discussão Resultados obtidos O modo de rotura observado na totalidade das maquetas ensaiadas foi o descolamento das juntas de sobreposição por pelagem (figura 91). Na generalidade dos casos, formaram-se linhas de rotura bastante ténues, entre o bordo da membrana e o betume refluído resultante da execução das juntas de sobreposição. Curiosamente, nos casos observados, a rotura aconteceu sempre num outro local que não aquele que inicialmente aparentava ser o mais fragilizado. Tal ocorrência pode eventualmente ser explicada pela redistribuição de esforços após a formação da primeira zona plastificada. Figura 91 Evidência da rotura por pelagem Os dados relativos ao momento da rotura do sistema e às condições ambiente do pavilhão onde decorreram os ensaios são resumidos na tabela 23. Tabela 23 Dados relativos ao momento de rotura e às condições ambiente SITUAÇÃO DE ROTURA CONDIÇÕES AMBIENTE Maqueta Amplitude da Amplitude da humidade Carga (N) Grupo de ciclos temperatura ( C) relativa (%) (S.A.) 15,5 22,1 45,7-86, (4ª carga) 5 (S.A.) 16,4 23,1 44,2 54, (4ª carga) 200 (S.A.) 16,1 26,4 47,9 62, (1ª carga) 500 (S.D.) 24,4 25,5 38,8 41, (1ª carga) 200 (S.A.) 32,2 33,4 21,9 24,3 S.A. Sequência de aplicação ascendente S.D. Sequência de aplicação descendente 88

105 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Discussão dos resultados i. Análise dos resultados e do modo de rotura nas maquetas 1, 2, 3 e 4 Apresenta-se na tabela 24 o cálculo do valor de da pressão suportada pelos sistemas ensaiados antes da rotura. correspondente ao maior valor Tabela 24 Determinação do valor de Maqueta 1 0,23 409,4 0, ,64 2 0,23 305,9 0, ,54 3 0,23 305,9 0, ,54 4 N/A 0,23 N/A 0,9 1 N/A 5 N/A 0,23 N/A 0,9 1 N/A N/A Não atribuível Os valores de e apresentados foram obtidos respectivamente da tabela 8 e da figura 52, constantes da secção 4.3.3, tendo em conta a geometria da maqueta e a distribuição das peças de fixação mecânica do sistema de impermeabilização. Assim: consultando a tabela 8 (3 filas de 7 ), ; consultando a figura 52 ( ),. As maquetas 4 e 5 atingiram a rotura antes de completarem todos os ciclos da primeira carga e, por isso, não foi possível atribuir um valor a. Relativamente ao modo de rotura verificado, fazem-se a seguir alguns comentários sobre o assunto. Na generalidade das membranas de betume-polímero, a tensão de corte necessária à ocorrência de rotura na junta de sobreposição é consideravelmente superior à tensão de rotura por pelagem. Assim, na tentativa de que as juntas de sobreposição trabalhem o mais possível ao corte ao invés da pelagem, sugere-se que o posicionamento das seja o mais afastado possível do bordo da membrana inferior (figuras 94 e 95), colocando-se deste modo a maior área de colagem a trabalhar ao corte (indicada pelas setas) e a menor à pelagem (figuras 92 e 93) [15]. 89

106 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Figura 92 Exemplo de funcionamento ao corte (adaptado de [12]) Figura 93 Exemplo de funcionamento à pelagem (adaptado de [12]) Corte transversal ao plano da maqueta Planta Figura 94 Disposição adoptada Figura 95 Disposição sugerida Esta solução é especialmente indicada para membranas do tipo betume-polímero APP, devendo ser aplicada em juntas de sobreposição com larguras minimamente generosas, porque a zona de colagem destinada a trabalhar à pelagem tem ao mesmo tempo de possuir uma largura que ofereça garantias de estanquidade. Relativamente ao comportamento das juntas de sobreposição de betumes-polímero APP e betumes polímero SBS, ensaios levados a cabo neste âmbito por K. Oba e F. Björk nas instalações do Royal Institute of Technology of Sweden, seguindo a norma Nordtest Method NT Build 307, permitiram obter valores bastante contrastantes relativamente à resistência das juntas de sobreposição das membranas de betume-polímero APP e SBS [15]. Assim, num sistema com membranas de betume-polímero SBS com juntas de sobreposição de 30 mm de largura, a carga de rotura do sistema foi de 4900 N/m 2. Num sistema idêntico mas com membranas de betume-polímero APP com juntas de sobreposição de 60 mm de largura, a carga de rotura do sistema foi de 1400 N/m 2. Como se pode observar na tabela 24 e 22, os valores da pressão aplicada ao sistema no instante da rotura (800 N/m N/m 2 e 1070 N/m 2 ), foram semelhantes ao valor 90

107 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. determinado para o sistema com membranas de betume-polímero APP na campanha experimental acima referida. A observação das zonas de sobreposição onde ocorreu a rotura dos sistemas das maquetas 1 a 4 permite concluir que a dessolidarização das juntas ocorreu tanto na interface membrana - membrana como na interface betume-armadura. A separação do betume da armadura é algo que não é controlável pelo processo de execução das juntas, mas antes pelo processo de fabrico da membrana. Durante o processo de fabrico das membranas betuminosas, é possível aumentar essa aderência armadura - betume. Por norma, fazem-se passar as armaduras por uma emulsão betuminosa de alta fluidez, permitindo que o interior da armadura fique bem preenchido com a emulsão betuminosa, criando-se deste modo um bom primário para a ligação betume - armadura. Partindo do princípio já analisado [65] de que as juntas de sobreposição funcionam bastante melhor ao corte do que à pelagem, e particularizando para a maqueta 2, sugere-se um modo de aplicação dos sistemas de camada dupla, diferente do utilizado nos ensaios realizados. Ao invés de se realizarem as juntas de sobreposição da segunda camada, por uma ordem idêntica à da primeira (figura 96), essas juntas executar-se-iam pela ordem inversa (figura 97). Se, por exemplo, as juntas de sobreposição da primeira camada são executadas colando-se a membrana à direita por cima da membrana à esquerda, na segunda camada deve-se colar a membrana à esquerda por cima da situada à direita. Esta sugestão de alteração do modo de aplicação da segunda camada, em nada se presume que mude a resistência global do sistema determinada pelo ensaio de sucção do vento, pois basta que haja pelagem numa das juntas de sobreposição da primeira camada para que, pelos critérios estabelecidos pelo ETAG 006, se considere atingida a rotura do sistema. No entanto, tal não significa que o sistema apresente uma quebra de estanquidade, estando esta assegurada pela integridade das juntas de sobreposição da segunda camada. Figura 96 Sistema utilizado 91

108 4.Estudo experimental do desempenho de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente Figura 97 Sistema sugerido Refira-se que, para a obtenção do valor de rotura do sistema, correspondente a qualquer modo de rotura que se desse após a rotura da primeira camada de impermeabilização, não bastaria continuar o ensaio porque ao ocorrer pelagem nas juntas de sobreposição da primeira camada, deixam imediatamente de estar asseguradas as condições de fronteira que traduzem a realidade de um sistema em funcionamento. Note-se que as membranas adjacentes se encontram impedidas de insuflar devido ao constrangimento imposto pela acoplagem da câmara de sucção (figura 98). O recurso a uma câmara de dimensões superiores (3 m 3 m), apresenta-se assim como uma solução que pode criar condições de fronteira mais próximas das reais. Figura 98 Alteração das condições de fronteira devido ao estrangulamento da câmara de sucção 92

109 O efeito da sucção do vento em coberturas em terraço. Aplicação experimental ao caso de sistemas de impermeabilização fixados mecanicamente. ii. Discussão do resultado da maqueta 5 A maqueta 5 atingiu a rotura por pelagem logo no primeiro grupo de 200 ciclos. O descolamento completo da junta de sobreposição, praticamente de uma extremidade à outra, apresenta-se como um padrão de rotura diferente do observado nas outras maquetas. Observou-se ainda que, ao contrário do observado nas outras maquetas, o descolamento ocorreu praticamente apenas na interface membrana - membrana. Um factor importante para que este tipo de rotura tenha ocorrido tem a ver com a temperatura elevada que se verificou durante o ensaio (figura 99). No momento da rotura foi registada uma temperatura ambiente de 33,4 C, sendo a temperatura máxima permitida pelo ETAG 006 de 28 C. Relativamente ao aspecto da influência da temperatura no desempenho mecânico das juntas de sobreposição, o ETAG 006 apenas se refere ao intervalo de temperaturas de 23 ± 5 C a que as maquetas devem estar submetidas num período anterior e durante a execução dos ensaios, ou seja, tal parâmetro não é considerado no ensaio de sucção do vento, sendo o efeito da temperatura tido apenas em conta no desempenho da membrana de impermeabilização através dos ensaios de pelagem e envelhecimento por exposição ao calor. Figura 99 Gráfico das temperaturas registadas no laboratório ao longo do dia do ensaio da maqueta 5 93