Projeto Estrutural em Estrutura Metálica

O projeto de estruturas metálicas para cobertura e tapamento lateral geralmente se baseia em critérios econômicos e práticos, ou seja, tenta-se obter o menor custo possível atendendo as premissas e demandas estabelecidas pela arquitetura da obra, utilizando soluções disponíveis no mercado considerando fatores como: facilidade de aquisição, disponibilidade de fabricantes, prazos de entrega adequados, etc., e que proporcionem principalmente estanqueidade e durabilidade.

Um sistema de cobertura metálica é composto por: telhas (elemento de vedação que isola e proteje o ambiente interno da edificação da ação de intempéries como sol, chuva, vento, etc.), terças (estrutura secundária), vigas ou pórticos de cobertura (estrutura primária), calhas e tubos condutores de águas pluviais, complementados por rufos e arremates para garantir a estanqueidade. A cobertura pode ainda ser dotada também de acessórios tais como: lanternins, ventiladores e exaustores, para auxiliar na iluminação e ventilação interna da edificação.

As telhas metálicas mais utilizadas em sistemas de coberturas e tapamentos convencionais são as telhas trapezoidais. O dimensionamento da telha deve ser feito em função da carga que esta suporta e do vão que vence. É prática comum adotar telhas trapezoidais com altura de 40mm com espessura 0.65mm para cobertura e 0.50mm para tapamentos verticais. Procura-se também trabalhar com vãos de telha (vão entre terças) entre 1.50m e 2.00m para minimizar a possibilidade de amassamento das telhas.

Outro fator muito importante no dimensionamento de uma estrutura metálica para cobertura é o carregamento estrutural ao qual esta será submetida, compreendendo cargas devidas a:

• Peso próprio: de telhas, material isolante, terças, vigas e demais acessórios da cobertura;

• Sobrecargas: cargas relativas às elementos construtivos e utilidades que ficão “pendurados” na cobertura, tais como: forros, iluminação, redes hidráulicas e elétricas (sprinklers, hidrantes, leitos de cabos), etc.. Normalmente, quando não existe forro e, quando não especificado pelo cliente, é adotado uma carga de 15 kg/m2 para estas utilidades.

• Cargas Acidentais: NBR-8800/2008 – Anexo B - B-3.6.1 Coberturas comuns: Nas coberturas comuns, não sujeitas a acúmulos de quaisquer materiais, e na ausência de especificação em contrário, deve ser prevista uma sobrecarga nominal mínima de 0,25 kN/m2 (25 kg/m2), em projeção horizontal.

• Vento: em panos de cobertura com inclinações de até 10%, o vento geralmente causa pressão de sucção, ou seja, uma pressão no sentido de arrancar as telhas para cima (destelhamento). Esta pressão de sucção varia entre 60kg/m² e 110kg/m² dependendo da localidade da obra, em função do vento básico, e também da geometria da edificação (altura, largura e comprimento da edificação, bem como inclinação e panos do telhado).

A estrutura metálica de uma cobertura será mais leve ou mais pesada em função da quantidade e locação de seus apoios, que resultarão nos vãos a serem vencidos pelas vigas de cobertura (estrutura primária) e pelas terças (estrutura secundária). Podem também existir vigas mestras (vigas de transição) que são vigas que servirão de apoio para outras vigas da cobertura, aumentado desta forma o espaçamento entre colunas, possibilitando a diminuição da quantidade de colunas.

As estruturas primárias (vigas de cobertura) para vãos de até 20m podem ser feitas com perfis de alma cheia (laminados ou soldados). Para vãos entre 25m e 30m as vigas treliçadas (treliças tradicionais ou treliças com banzos paralelos) são opções mais econômicas. Em ambos os casos, o dimensionamento é feito observando-se o limite de flecha de L/250 para o carregamento em serviço. No caso de perfis de alma cheia (laminados ou soldados) a altura da viga de cobertura resultará entre L/40 e L/30 (ex. pórtico com vão de 18m, viga entre 18/40=45cm e 18/30=60cm), e o peso da estrutura primária resultará entre 8kg/m² e 14 kg/m², dependendo da geometria do sistema estrutural da obra e das premissas de carregamento.

As estruturas secundárias (terças) mais utilizadas atualmente são os perfis U ou Z em chapa dobrada, galvanizados ou pintados. A utilização de terças contínuas proporciona um dimensionamento mais econômico (leve). As terças contínuas são mais comuns quando se utilizam perfis “Z” ou “”, pela facilidade na utilização de luvas ou transpasses sobre os apoios intermediários, permitindo trabalhar com vãos entre 8m e 12m para terças com alturas entre 150mm e 300mm, com pesos de 4kg/m² a 8kg/m². Terças em perfis “U” são geralmente dimensionadas como bi-apoiadas e são utilizadas em obras de menor porte ou em coberturas mais simples. Para vãos maiores do que 12m é mais econômico utilizar terças treliçadas (“joists”) compostas por banzos, travessas e diagonais em perfis de chapa dobrada ou em perfis laminados. O limite de flecha para dimensionamento das terças é L/180.

O dimensionamento adequado de uma estrutura metálica de cobertura inclui também verificar que a deformação da cobertura sob ação dos esforços previstos no carregamento estrutural não prejudique o escoamento de águas pluviais a ponto de ocorrer empoçamento de água na cobertura. Por exemplo: vamos supor um pano de cobertura com 20m de comprimento em telha zipada com caimento de 2%. Caso a cobertura seja composta por uma viga mestra vencendo 30m de vão, recebendo vigas de cobertura que por sua vez vencem 20m de vão e terças que vencem 10m de vão, considerando as somas das flechas admissíveis de L/250 para as vigas e L/180 para as terças, teríamos uma flecha no meio do pano equivalente a 30m/250 + 20/250 + 10/180 = 25.5cm , ou seja, maior do que o caimento resultante até o meio do vão 2% x 10m = 20cm, o que indica que haveria empoçamento de água na cobertura. Portanto, sugerimos que o dimensionamento da cobertura seja feito para se obter rigidez suficiente na estrutura para garantir, no ponto mais desfavorável da cobertura, uma inclinação residual de, pelo menos, 1% para escoamento das águas pluviais da cobertura. Este fator também muitas vezes leva as telhas a funcionar em inclinações abaixo das permitidas, gerando vazamentos nas emendas longitudinais.

Em coberturas metálicas com telhas trapezoidais, quando a inclinação do pano é inferior a 25% recomenda-se uma sobreposição longitudinal de 250mm e também a colocação de fita de vedação longitudinal. Quando a inclinação do pano for superior a 25% poderá ser adotada sobreposição longitudinal de 150mm, não sendo necessária a utilização de fita de vedação longitudinal. Em ambos os casos, a sobreposição lateral das telhas pode ser apenas de uma onda (simples).

Nas calhas, recomenda-se a utilização de chapas de aço galvanizado com espessura mínima de 0.65mm – ideal 0.80mm. A montagem dos trechos de calha, geralmente com 3,0m de comprimento, deve ser feita com recobrimento longitudinal de 150mm e utilizando-se fita ou massa de vedação e parafusos autoperfurantes para emenda. O dimensionamento da secção transversal da calha deve ser feito considerando-se um índice pluviométrico de 100mm/h a 150mm/h em função da intensidade da chuva na localidade. Nas cumeeiras e cantos da cobertura, recomenda-se a utilização de rufos com espessura 0.50mm.

Para o dimensionamento adequado da estrutura metálica de cobertura, há que se considerar também o sistema estrutural do qual a cobertura metálica faz parte, por exemplo: caso as vigas principais da cobertura façam parte de um pórtico rígido, o dimensionamento da viga deve levar em consideração além dos esforços devidos aos carregamentos no plano da cobertura, também os esforços devidos ao sistema estrutural.

Muitas vezes, existem esforços adicionais atuando no plano da cobertura, como no caso do apoio do topo de pilares na cobertura (travamento de topo de pilar, feito para reduzir as dimensões do pilar). Estes esforços são gerados pela ação do vento incidindo nas fachadas da edificação e, nesta situação, estes esforços podem ser transportados pelas terças e/ou por contraventamentos dispostos no plano da cobertura até paredes rígidas, linha de pilares ou mesmo até pilares “travados” por contraventamentos verticais. Muitos sistemas de cobertura não proporcionam travamento adequado aos pilares, devendo então estes pilares serem dimensionados como autoportantes, ou seja, como uma viga em balanço (caso de pilares mais robustos) ou haverá necessidade de adicionar elementos estruturais para funcionar como contraventamento horizontal no plano da cobertura, levando estes esforços horizontais até os apoios.