Manual de cálculos para estruturas de fixação de painéis FV - Parte 2

Dando continuidade ao artigo escrito pela Engenheira mecânica Ana Carolina Quelhas, aqui vai a segunda parte, boa leitura!

Cálculo da pressão de vento – A NBR 6123 determina a pressão dinâmica (q) no item 4.2 e a velocidade característica de vento (Vk) no item 5:

V_k = V₀. S₁. S₂. S₃

q = 0.613.V_k²

Os fatores S1, S2 e S3 representam, respectivamente, fator topográfico, rugosidade do terreno e fator estatístico. A velocidade básica do vento (V0) é determinada através da isopleta na figura 1 da NBR 6123 [2], a qual varia de acordo com a região do Brasil.

Determinação dos coeficientes de pressão e forma – A seção 8.2 da NBR 6123 estabelece tratamento específico para cálculo da carga de vento em coberturas isoladas a águas planas: “Nas coberturas isoladas, isto é, nas coberturas sobre suportes de reduzidas dimensões, e que por esse motivo não constituem obstáculo significativo ao fluxo de ar, a ação do vento é exercida diretamente sobre as faces superior e inferior da cobertura.” A estrutura isolada deve atender o item 8.2.3 ou o item 8.2.4 ou ainda a tabela 6 da norma. Por sua vez, no item 8.2.3, os coeficientes das tabelas 17 e 18 (aqui reproduzidas como tabelas I e II) aplicam-se quando as seguintes condições são satisfeitas:

– para coberturas a uma água (tabela 17): 0 ≤ tg Ɵ ≤ 0.7 ; h ≥ 0.5 I₂; e

– para coberturas a duas águas (tabela 18): 0.07 ≤ tg Ɵ ≤ 0.6 ; h ≥ 0.5 I_2.

Onde:

h = altura livre entre o piso e o nível da aresta horizontal mais baixa da cobertura;

I₂ = profundidade da cobertura; e

Ɵ = ângulo de inclinação das águas da cobertura.

Tab. I – Coeficiente de pressão em coberturas isoladas a uma água plana (NBR 6123)

Tab. II – Coeficiente de pressão em coberturas isoladas a das águas planas simétricas (NBR 6123)

Se as condições indicadas no item 8.2.3 não puderem ser atendidas, utiliza-se o item 8.2.4 para condições em que “h” seja inferior ao limite apresentado, isto é, c_pi = +0.8 para sotavento e c_pi = -0.3 para barlavento.

Caso a estrutura atenda a condição de h/b < 2, deve-se utilizar preferencialmente a tabela 6 da norma (tabela III aqui), que fornece os coeficientes de pressão de acordo com a inclinação do telhado.

Tab. III – Coeficientes de pressão e de forma, externos, para telhados com uma água, em edificações de planta retangular, com h/b ˂ 2 (NBR 6123)

y = h ou 1,15b (tomar o menor dos dois valores)

As superfícies H e L referem-se a todo o respectivo quadrante.

Cabe destacar o conceito de que a carga do vento incide sobre as terças, dissipando-se para as tesouras e para o restante da estrutura sucessivamente. Neste caso, o engenheiro deve ter cuidado na seleção das terças, de forma que elas suportem as cargas de vento.

Combinação das cargas de acordo com a NBR 8800

A NBR 8800 trata dos métodos dos estados-limite:

– Estado limite de utilização: Verifica a estrutura sob ação de cargas de serviço, onde as combinações consideram a ação variável dominante somadas com fatores secundários reduzidos.

– Estado limite último: Nesse estado, na avaliação, leva-se a estrutura ao limite último das solicitações, utilizando também uma ação variável dominante em cada hipótese — por exemplo, considerando um determinado momento em que o vento tenha fator de 1.4, enquanto o peso próprio da estrutura tenha 1 ou até mesmo reduzido a 0,7. Esses casos são importantes para avaliação durante a montagem, inclusive, uma vez que a estrutura pode sofrer carga de vento antes de concluída.

As combinações de cargas devem estar de acordo com a NBR 8800, assim como todos os índices de cálculos, os quais normalmente já são incluídos nos softwares de análise estrutural.

Cálculo estrutural de acordo com parâmetros da NBR 8800

Os softwares de análise estrutural comumente utilizados seguem internamente os parâmetros estabelecidos pela NBR 8800, como deformação admissível, esbeltez admissível na tração e na compressão e de acordo com o tipo de aço selecionado.

Após os cálculos, o software apresenta quais perfis estão subdimensionados e superdimensionados, mostrando os detalhes de cada um, como flecha de deformação, esbeltez, força axial, força cortante, momento e flexão lateral por torção.

Conclusão

Com o aumento da demanda de estruturas para fixação de painéis solares, foi identificada a necessidade de elaborar um manual para o cálculo estrutural de acordo com as normas brasileiras, especificando os critérios a serem utilizados pelos engenheiros projetistas. Ressalta-se que estas estruturas sofrem principalmente com a incidência de ventos e precisam ter resistência para manter sua integridade e segurança, apresentando bons resultados de esbeltez, momentos, força axial, tensões e deformações.

Este artigo apresenta um primeiro passo para a criação deste manual, utilizando a NBR 6123. Cabe destacar que, para elaborar o manual de cálculos, seria pertinente um estudo com túnel de vento para verificar o comportamento desse tipo de estrutura e os coeficientes de pressão mais específicos para cada caso, uma vez que a NBR 6123 aborda, de forma geral, as edificações.

Referências

[1] NBR 8800 – Projeto de estruturas de aço e de edificações mistas de aço e concreto de edifícios. ABNT, 2008.

[2] NBR 6123 – Forças devidas a vento em edificações. ABNT, 1988.

[3] NBR 6120 – Ações para o cálculo de estruturas de edificações ABNT, 2019.

[4] Estruturas de aço – Dimensionamento Prático de Acordo com a NBR 8800 – Walter Pfeil e Michele Pfeil

[5] Ação de vento em coberturas isoladas – Daniela Grau Makowski, 2004.

[6] JIS C 8955 – Design Guide on Structures for Photovoltaic Array, 2011.