Engenharia Civil - Como Fazer Um Bom Telhado Na Prática - ok

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(Parte 1 de 4)

ESTRUTURAS DE MADEIRA PARA COBERTURAS, SOB A ÓTICA DA NBR 7190/1997

CUIABÁ, MT. - 2002

ESTRUTURAS DE MADEIRA PARA COBERTURAS, SOB A ÓTICA DA NBR 7190/1997

* Professor Adjunto da Faculdade de Engenharia Florestal – Universidade Federal de Mato Grosso. Doutor em Engenharia de Estruturas.

CUIABÁ, MT. - 2002

LOGSDON, N. B. – Estruturas de madeira para coberturas, sob a ótica da NBR 7190/1997.

Faculdade de Engenharia Florestal, Universidade Federal de Mato Grosso. Cuiabá, MT. 2002.

RESUMO: Neste trabalho, preparado para se utilizar como Notas de Aula, apresentam-se alguns dados e conceitos que permitem escolher e dimensionar estruturas de madeiras para coberturas, incluindo o cálculo rápido de telhados em duas águas. No trabalho são definidos os tipos de coberturas usuais, os elementos que a compõem, apresentam-se tabelas com os dados sobre as telhas mais utilizadas, e se descreve sucintamente as etapas a serem seguidas durante o cálculo de telhados de madeira. As etapas prevista pela NBR 7190/1997, para o Projeto de Estruturas de Madeira, foram incorporadas a este trabalho.

iv

ESTRUTURAS DE MADEIRA PARA COBERTURAS, SOB A ÓTICA DA NBR 7190/1997

1. INTRODUÇÃO 1 2. TIPOS DE COBERTURAS 1 3. TIPOS DE TELHAS 2 3.1. Telhas cerâmicas 2 3.2. Telhas de fibrocimento 4 4. TRAMA OU ARMAÇÃO 9 4.1. Trama para um telhado com telhas cerâmicas 9 4.2. Trama para um telhado com telhas de fibrocimento 10 5. ESTRUTURA PRINCIPAL DO TELHADO 13 6. CONTRAVENTAMENTOS 17 7. ROTEIRO PARA CÁLCULO SIMPLIFICADO DE UM TELHADO 27 8. EXEMPLO DE APLICAÇÃO 36 8.1. Esquema Geral 36 8.2. Carregamentos 36 8.3. Esforços nas barras 36 8.4. Dimensionamento das barras 36 8.5. Flecha e contraflecha 36 8.6. Dimensionamento das ligações 36 8.7. Detalhamento 36 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 36

ANEXOS 38

ANEXO I – A AÇÃO DO VENTO SOBRE OS TELHADOS 39

1. INTRODUÇÃO

A madeira, como material estrutural, tem sua aplicação mais comum nas estruturas de telhados, para coberturas dos mais variados tipos.

O termo cobertura é utilizado para designar todo o conjunto da obra destinado a abrigá-la das intempéries. Assim, entende-se por cobertura ao conjunto formado: pelas telhas; pela estrutura secundária de apoio às telhas, denominada trama ou armação; pela estrutura principal de apoio, que pode ser uma estrutura maciça, treliçada ou lamelar; e pelas estruturas secundárias, que têm a função de manter a estabilidade do conjunto, usualmente denominada contraventamentos. Nas coberturas residenciais, a estrutura principal mais utilizada é uma treliça triangular, usualmente denominada tesoura.

Ao conjunto formado pelo trama, pela estrutura principal (tesouras) e pelos contraventamentos, costuma-se designar telhado. Entretanto, talvez por parecer ser o coletivo de telhas, o termo telhado, tem sido utilizado também como sendo o conjunto de telhas que cobre a obra (vedação), ou mesmo o conjunto de telhas e madeiramento que cobre a obra (cobertura). Essa confusão generalizou-se ao longo do tempo e, atualmente, alguns autores utilizam o termo telhado indistintamente, tanto para designar a cobertura, quanto o próprio telhado.

Pretende-se, neste trabalho, apresentar os principais elementos utilizados nas coberturas e os dados necessários ao projeto de telhados de madeira.

2. TIPOS DE COBERTURAS

As coberturas podem ser construídas nos mais diferentes formatos, dando origem a diversos tipos de coberturas. Alguns tipos de coberturas têm sua denominação originada no número de planos para escoamento das águas, denominados “águas do telhado”.

Figura 01 – Tipos de coberturas 1

3. TIPOS DE TELHAS

Existem telhas de aço corrugado, alumínio, zinco, madeira, barro (cerâmicas), fibrocimento (cimento amianto) e outras. As telhas cerâmicas e as de fibrocimento são as mais utilizadas no Brasil. As telhas de aço corrugado, ou as de alumínio, são de aplicação quase restrita às indústrias. As telhas de zinco, pouco utilizadas atualmente, são encontradas em obras rústicas, depósitos e abrigo para animais. As telhas de madeira, utilizadas em países europeus, são recobertas com material betuminoso e se parecem com “escamas”. No Brasil, as telhas de madeira são como chapas de madeira compensada, mas onduladas e, em geral, recobertas por fina camada de material metálico.

3.1. Telhas cerâmicas

As telhas cerâmicas são muito utilizadas em residências, dada a facilidade de ser encontrada e utilizada, bem como a diversidade oferecida no comércio. Além disso possibilita um conforto térmico muito melhor que as demais. Apresentam-se, nas figuras 02 e 03, os principais tipos de telhas cerâmicas encontrados no comércio. Os dados, para o projeto de telhados, são apresentados adiante na tabela 04.

As telhas cerâmicas de encaixe, apresentadas na figura 02, segundo CALIL JÚNIOR (1995), apresentam em suas bordas saliências e reentrâncias que permitem o encaixe (ajuste) entre elas.

Figura 02 – Telhas cerâmicas de encaixe Fonte: CERÂMICA 7 (2002) e MIRANDA CORRÊA (2002) – Figura adaptada.

As telhas do tipo capa e canal, apresentadas na figura 03, segundo CALIL JÚNIOR (1995), são telhas com formato meia-cana, caracterizadas por peças côncavas (canais), que se apoiam sobre as ripas, e por peças convexas (capas), que, por sua vez, se apoiam sobre os canais.

Figura 03 – Telhas cerâmicas do tipo capa e canal Fonte: CERÂMICA 7 (2002) e MIRANDA CORRÊA (2002) – Figura adaptada.

As telhas de encaixe romanas e portuguesas, também são conhecidas por telhas “capa e canal peça única”, por sua semelhança com as telhas tipo capa e canal.

A colocação das telhas, na montagem de um telhado com telhas cerâmicas, é feita no sentido do beiral para a cumeeira, como se indica na figura 04. Recomenda-se observar a direção dos ventos dominantes, para evitar o “arrancamento” das peças da cumeeira.

Figura 04 – Montagem de um telhado, com telhas cerâmicas Fonte: CERÂMICA 7 (2002) e MIRANDA CORRÊA (2002) – Figura adaptada.

3.2. Telhas de fibrocimento

As telhas de fibrocimento são utilizadas tanto nas coberturas residenciais como nas industriais. São telhas muito maiores que as cerâmicas, de sorte que, alguns modelos são utilizados diretamente sobre as paredes, dispensando todo o madeiramento do telhado, são as telhas conhecidas por autoportantes. Outros modelos, não dispensam o madeiramento, mas ele é muito reduzido, se comparado às telhas cerâmicas.

Nas figuras 05 a 10 são apresentados alguns modelos de telhas autoportantes de fibrocimento. A telha de fibrocimento mais utilizada é a telha ondulada, apresentada na figura 1

A colocação das telhas, na montagem de um telhado com telhas de fibrocimento, deve seguir a seqüência recomendada pelo fabricante e indicada na figura 12. Recomenda-se observar a direção dos ventos dominantes, como forma de proteção das telhas ao “arrancamento”.

A fim de possibilitar inúmeras soluções para os telhados, com telhas de fibrocimento, o fabricante oferece várias peças complementares, como as apresentadas na figura 13.

Outros detalhes a respeito das telhas onduladas de fibrocimento serão apresentados oportunamente. Os dados, para o projeto de telhados, são apresentados adiante na tabela 04.

Figura 05 – Telha autoportante de fibrocimento – modelo “Canalete 4”. Fonte: ETERNIT (2002)

Figura 06 – Telha autoportante de fibrocimento – modelo “Canalete 49”. Fonte: ETERNIT (2002)

Figura 07 – Telha autoportante de fibrocimento – modelo “Canalete 90”. Fonte: ETERNIT (2002)

Figura 08 – Telha autoportante de fibrocimento – modelo “Etercalha”. Fonte: ETERNIT (2002)

Figura 09 – Telha autoportante de fibrocimento – modelo “Etermax”. Fonte: ETERNIT (2002)

Figura 10 – Telha autoportante de fibrocimento – modelo “Modulada”. Fonte: ETERNIT (2002)

Figura 1 – Telha de fibrocimento – modelo “Ondulada”. Fonte: ETERNIT (2002)

Figura 12 – Montagem de um telhado, com telhas de fibrocimento modelo “Ondulada” Fonte: ETERNIT (2002)

Figura 13 – Peças complementares para telhados com telhas “Onduladas” Fonte: ETERNIT (2002)

4. TRAMA OU ARMAÇÃO

O trama, ou armação, segundo HELLMEISTER (1977), é constituído pelas peças que recebem as telhas, quer sejam cerâmicas, de fibrocimento, de alumínio, ferro galvanizado, madeira ou outras. O trama se apoia sobre as tesouras.

4.1. Trama para um telhado com telhas cerâmicas

Um trama para telhados com telhas cerâmicas é formado por ripas, caibros e terças (ver figura 14). As telhas se apoiam sobre as ripas, que se apoiam sobre os caibros, que se apoiam sobre vigas, denominadas terças, que descarregam sobre as tesouras.

Figura 14 – Trama de um telhado convencional com telhas cerâmicas

Ripas •

As ripas são as peças que recebem as telhas. Geralmente têm seção de 1,5 cm x 5,0 cm ou de 1,0 cm x 5,0 cm. O espaçamento entre as ripas, normalmente denominado “galga”, depende do tipo e tamanho das telhas usadas, motivo pelo qual se utiliza um gabarito, construído na obra, para fixar as telhas nos caibros. Para o cálculo do madeiramento é usual adotar 35 cm para o espaçamento entre ripas.

As ripas, de espessura 1,5 cm ou 1,0 cm, suportam bem as cargas usuais de um telhado, entretanto não suportam o peso de um homem. Alguns profissionais têm dado mais atenção ao lado social, procurando evitar acidentes durante a construção, e têm utilizado ripões (2,5 cm x 5,0 cm) no lugar de ripas.

Caibros •

Os caibros servem de apoio às ripas, geralmente têm seção de 5,0 cm x 6,0 cm ou 6,0 cm x 6,0 cm. O espaçamento dos caibros depende do tipo de telhas usado e da resistência das ripas, varia entre 40 e 60 cm, sendo comum utilizar 50 cm, sem qualquer cálculo.

Terças

As terças são vigas que recebem o carregamento dos caibros e o descarrega nas estruturas principais do telhado (tesouras, no caso mais comum). As terças, geralmente, têm a seção de 6,0 cm x 12,0 cm ou 6,0 cm x 16,0 cm. O espaçamento entre terças depende, basicamente do tipo de telha utilizada e da resistência dos caibros, gira em torno de 1,50 m nos tramas dos telhados para telhas cerâmicas e varia com o tamanho da telha, nos tramas dos telhados para telhas de fibrocimento.

As terças também funcionam como travamentos, reduzindo o comprimento de flambagem do banzo superior da estrutura principal do telhado (tesoura, no caso mais comum), motivo pelo qual a ligação entre a terça e esta estrutura deve ser bastante resistente.

4.2. Trama para um telhado com telhas de fibrocimento

No caso das telhas de fibrocimento, metálicas ou de madeira, o trama fica reduzido às terças. O esquema desse trama pode ser observado na figura 15.

Figura 15 – Trama de um telhado convencional com telhas de fibrocimento 10

Para se evitar a entrada de águas de chuva é necessário se manter valores mínimos de recobrimentos laterais e longitudinais, como se apresenta na figura 15. A ação do vento sobre as telhas, que compõem o beiral, pode danificá-las, assim, é necessário limitar o comprimento do beiral, apresentado na figura 16, aos valores fornecidos na tabela 01.

Figura 16 – Beiral

TABELA 01 - LIMITES DOS BEIRAIS EM TELHAS DE FIBROCIMENTO BEIRAL SEM CALHA COM CALHA

Máximo 40 cm 25 cm Mínimo 25 cm 10 cm

As telhas para cumeeiras são fabricadas com diversas inclinações, segundo HELLMEISTER (1977), assim, durante o cálculo, para conhecer a posição das terças sobre a tesoura, é necessário saber os valores de "x" apresentados na figura 17 e nas tabelas 02 e 03.

a) Cumeeira normal b) Cumeeira universal Figura 17 – Cumeeiras

TABELA 02 – VALORES DE x (CUMEEIRA NORMAL) VALORES DE x (cm)

SEÇÃO DAS TERÇAS (cm x cm) INCLINAÇÃO

6 x 12 6 x 16

* Mais utilizadas.

TABELA 03 – VALORES DE x (CUMEEIRA UNIVERSAL) VALORES DE x (cm)

SEÇÃO DAS TERÇAS (cm x cm) INCLINAÇÃO

6 x 12 6 x 16

Ao apoiar uma telha de fibrocimento, como mostra a alínea a da figura 18, deve-se evitar fazê-lo sobre uma aresta. Nas coberturas em arco a diferença de inclinação entre uma telha e outra não deve ultrapassar seis graus (ver figura 18, alínea b).

a) Evitar apoiar telhas em arestas

b) Diferença de inclinação entre telhas Figura 18 – Detalhes a considerar nos telhados com telhas de fibrocimento

5. ESTRUTURA PRINCIPAL DO TELHADO

Para receber o trama podem ser utilizados vários tipos de estruturas, dependendo do formato desejado para a cobertura. Apresentam-se, na figura 19, alguns tipos de estruturas principais utilizadas em coberturas.

a) Para telhados de uma água e “Shed” b) Para telhados de duas águas

c) Para telhados “Shed” d) Para telhados em arcos

e) Para abóbadas e cúpulas f) Para telhados de arquibancada Figura 19 – Tipos de estruturas principais utilizadas em telhados

Em geral, ao se utilizar estruturas treliçadas, procura-se evitar momentos secundários posicionando as terças sobre os nós. Ao se utilizar treliças bowstring, segundo CALIL JÚNIOR (1995), deve-se fugir a esta regra, colocando propositadamente as terças entre os nós, para criar um o momento secundário que alivie o momento causado pelo produto da força normal e a excentricidade do banzo superior.

Entre as estruturas apresentadas na figura 19, sem dúvida as tesouras são as mais utilizadas.

As tesouras são estruturas planas verticais (treliças) projetadas para receber cargas, que atuem paralelamente a seu plano, transmitindo-as aos apoios.

O ângulo entre os banzos superior e inferior da tesoura, segundo HELLMEISTER (1977), é conhecido como inclinação do telhado. A relação entre a altura e o vão da tesoura é o ponto.

a) Inclinação

b) Ponto Figura 20 – Inclinação e ponto de uma tesoura

O espaçamento entre as tesouras é limitado pela resistência das terças e geralmente varia entre 2,0 m e 4,0 m. Apresenta-se, na figura 21, o detalhamento de uma tesoura. Na tabela 04, a partir dos dados de HELLMEISTER (1977), CALIL JÚNIOR (1995), CERÂMICA 7 (2002), MIRANDA CORRÊA (2002) e ETERNIT (2002), são fornecidos os dados necessários ao cálculo simplificado de uma tesoura.

Figura 21 – Exemplo de detalhamento de uma tesoura 15

TABELA 04 – DADOS PARA O CÁLCULO SIMPLIFICADO DE TELHADOS CONVENCIONAIS DE MADEIRA

INCLINAÇÃO ESPAÇAMENTOS MÁXIMOS CARREGAMENTO POR m

2 DE

DE TELHA Mínima

Máxima

Número de telhas por cobertura

Entre caibros (m)

Entre terças (m)

Entre tesouras (m)

Peso de telhas

(N/m 2 )

Peso de madeira

(N/m 2 )

Peso de água

(N/m 2 )

Francesa 16 25 15 – 16 0,50 1,60 2,75 450 430 113

Romana 16 25 16 – 18 0,5 1,65 2,80 430 400 108

Portuguesa 16 25 15 – 18 0,5 1,70 2,85 410 400 103

Colonial 17 25 26 – 28 0,45 1,5 2,60 500 480 125

Plan 1 17 26 – 28 0,45 1,50 2,5 540 500 135

Paulista 1 17 26 – 28 0,45 1,50 2,50 550 500 138

0,915 m – 6 m 1,50 ----- 0,775 3,60 138 200 35 0,915 m – 8 m 1,50 ----- 0,775 3,60 183 220 46 1,220 m – 6 m 1,10 ----- 1,080 3,20 138 200 35 1,220 m – 8 m 1,10 ----- 1,080 3,20 183 220 46 1,530 m – 6 m 0,83 ----- 1,390 3,0 138 20 35

1,530 m – 8 m 0,83 ----- 1,390 3,0 183 220 46

2,130 m – 6 m 0,60 ----- 1,990 2,65 138 200 35

2,130 m – 8 m 0,60 ----- 1,990 2,65 183 220 46

0,40-----1,455 (2)

(1) Telhas mais usadas − (2)

A telha exige mais um apoio no centro.

OBSERVAÇÕES: Os dados da tabela foram obtidos para uma madeira de características médias, como as dicotiledôneas da classe C-30, terças de seção 6 cm x 16 cm, caibros de seção 6 cm x 6 cm e ripas de seção 1,5 cm x 5 cm.

Na denominação das telhas onduladas de fibrocimento (l m − e m), foram apresentados seu comprimento “l” em m e sua espessura “e” em m. A largura da telha é de 1,10 m.

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