Física do telhado

Como uma envolvente de um edifício, o telhado está exposto a uma série de fatores intimamente relacionados com os processos que ocorrem tanto fora como dentro do edifício. Esses fatores incluem, em particular:

• precipitação;
• vento;
• radiação solar;
• variações de temperatura;
• vapor de água contido no ar interno do edifício;
• substâncias quimicamente agressivas no ar;
• atividade vital de insetos e microrganismos;
• cargas mecânicas.

Precipitação

A função de proteger o edifício da precipitação atmosférica é atribuída ao elemento mais alto do telhado – o telhado. Para drenar a água da chuva, a superfície do telhado é inclinada. A tarefa do telhado é não deixar a água entrar nas camadas subjacentes.

Materiais de cobertura macios que formam um tapete selado contínuo na superfície do telhado (materiais de rolo e mástique, membranas de polímero) fazem um bom trabalho nesta tarefa. Na utilização de outros materiais, precipitações com pequenas inclinações do telhado, especialmente em condições climáticas adversas (chuva ou neve, acompanhadas de ventos fortes) podem penetrar sob a cobertura do telhado. Nestes casos, uma camada adicional de impermeabilização é colocada sob a cobertura, que é a segunda linha de proteção contra a precipitação atmosférica..

Uma tarefa importante é a organização do sistema de drenagem – interno ou externo.

A neve coloca uma carga estática adicional no telhado (carga da neve). Pode ser bastante grande, por isso deve ser levado em consideração ao calcular a carga total na estrutura do telhado. Esta carga depende da inclinação do telhado. Em áreas com neve, a inclinação geralmente é aumentada para que a neve não permaneça no telhado. Ao mesmo tempo, em telhados inclinados, é aconselhável instalar elementos de retenção de neve que não permitam que a neve caia como uma avalanche, ameaçando a saúde dos transeuntes, muitas vezes deformando a fachada do edifício e desativando o sistema de drenagem externo.

Figura 1

Um dos problemas significativos em áreas com neve é ​​a formação de gelo e pingentes de gelo nos telhados. O gelo geralmente se torna uma barreira que impede a água de entrar na sarjeta, funil de água ou simplesmente fluir para baixo. Ao usar coberturas não herméticas (coberturas metálicas, todos os tipos de telhas), a água pode penetrar no telhado e formar fugas. O mecanismo de formação de gelo e as formas de combater esse fenômeno são discutidos em detalhes na seção Sistemas anti-gelo para telhados.

Vento

As correntes de vento, ao encontrarem um obstáculo em forma de edifício, o contornam, formando áreas de pressão positiva e negativa ao redor do edifício (Fig. 2).

Figura 2

A magnitude da pressão negativa resultante exercendo uma ação de rasgo no telhado depende de muitos fatores. O mais desfavorável a este respeito é o vento que sopra no edifício a um ângulo de 45⁰. A planta do telhado do edifício, que mostra a distribuição da pressão negativa na direção do vento de 450, é mostrada na Fig. 3.

fig. 3

A força de ruptura do vento pode ser suficiente para danificar o telhado (bolhas, arrancamento de parte das coberturas, etc.) Aumenta especialmente quando a pressão aumenta dentro do edifício (sob a base do telhado) devido à penetração de ar através de portas e janelas abertas pelo lado de sotavento ou através de rachaduras na estrutura. Nesse caso, a força de rasgo do vento é determinada por dois componentes: tanto a pressão negativa sobre o telhado quanto a pressão positiva no interior do edifício. Portanto, para eliminar o risco de danos à cobertura, sua base é tornada o mais estanque possível (Fig. 4). A fixação mecânica adicional do material de cobertura à base é freqüentemente realizada..

fig. 4

Os parapeitos são usados ​​para reduzir a pressão negativa. No entanto, deve-se ter em mente que eles podem não apenas diminuir, mas também aumentar a pressão negativa. Se os parapeitos estiverem muito baixos, a pressão negativa pode ser ainda maior do que sem eles..

Radiação solar

Diferentes materiais de cobertura têm diferentes sensibilidades à radiação solar. Assim, por exemplo, a radiação solar praticamente não tem efeito nas telhas cerâmicas e de cimento-areia, bem como em telhados de metal sem a aplicação de polímeros..

Os materiais à base de betume são altamente sensíveis à radiação solar: a exposição à radiação ultravioleta acelera o processo de envelhecimento. Portanto, como regra, eles têm uma camada protetora superior de curativo mineral. Para proteger os materiais modernos do envelhecimento, aditivos especiais (modificadores) são introduzidos na composição do betume.

Vários materiais, sob a influência da radiação ultravioleta, perdem sua cor original (desbotam) com o tempo. Os telhados de metal com alguns tipos de revestimentos de polímero são especialmente sensíveis a essa radiação..

A energia solar radiante que entra no telhado é parcialmente absorvida pelos materiais do telhado. Ao mesmo tempo, as camadas superiores do telhado podem ser aquecidas significativamente (às vezes até 100 ° C), o que também afeta seu comportamento. Assim, por exemplo, os materiais à base de betume amolecem a temperaturas suficientemente altas e, em alguns casos, podem deslizar para fora das superfícies inclinadas do telhado. Materiais de cobertura de metal com alguns tipos de revestimentos também são sensíveis ao calor. Portanto, ao escolher um material de cobertura para uso nas regiões do sul, certifique-se de que ele tenha resistência ao calor suficiente..

Variações de temperatura

Como um envelope de construção, o telhado opera em um regime de temperatura bastante severo, experimentando variações de temperatura espaciais e temporais. Via de regra, sua superfície inferior (teto) tem uma temperatura próxima à da sala. Ao mesmo tempo, a temperatura da superfície externa varia dentro de uma faixa bastante ampla – de valores negativos muito significativos (em uma noite fria de inverno) a valores próximos a 100 ° C (em um dia ensolarado de verão). A temperatura da superfície externa da cobertura, ao mesmo tempo, pode ser heterogênea devido à iluminação solar desigual em suas diferentes partes..

Mas, como você sabe, todos os materiais estão sujeitos a alongamento térmico e compressão em um grau ou outro. Portanto, para evitar deformação e destruição, é muito importante que os materiais que trabalham em uma única estrutura tenham coeficientes de expansão térmica semelhantes. Para aumentar a resistência da cobertura às cargas térmicas, também são utilizadas várias soluções técnicas. Em particular, em telhados planos, para limitar o efeito de movimentos horizontais e tensões internas excessivas, nós de deformação especiais são colocados.

Um sério perigo para quase todos os materiais de cobertura (exceto para revestimentos de metal) é representado por quedas de temperatura freqüentes, às vezes diárias de mais para menos. Isso tende a ocorrer em áreas com invernos amenos e úmidos. Portanto, em tais zonas climáticas, é necessário prestar atenção a uma característica tão importante para os materiais de cobertura como a absorção de água. Com alta absorção de água, a umidade em temperaturas positivas penetra e se acumula nos poros do material, e em temperaturas negativas congela e, se expandindo, deforma a própria estrutura do material. O resultado é uma destruição progressiva do material, levando à formação de fissuras.

O telhado não deve apenas ser resistente às variações de temperatura significativas, mas também proteger o interior do edifício com segurança, protegendo-o do frio no inverno e do calor no verão. O papel da barreira térmica na estrutura do telhado pertence à camada de isolamento térmico. Para que o material de isolamento térmico execute sua função, ele deve estar o mais seco possível. Com um aumento de umidade de apenas 5%, a capacidade de isolamento térmico do material é quase reduzida.

Vapor de água

O vapor de água é gerado constantemente no interior do edifício como resultado das atividades humanas (cozinhar, lavar, tomar banho, lavar o chão, etc.). A umidade é especialmente alta em edifícios recém-construídos ou renovados. No processo de difusão e transferência convectiva, o vapor d’água sobe e, resfriando a uma temperatura abaixo do ponto de orvalho, condensa-se no espaço sob o telhado (Fig. 5). A quantidade de umidade gerada é quanto maior, quanto maior a diferença de temperatura externa e interna do edifício, portanto, no inverno, a umidade se acumula de forma bastante intensa no espaço sob o telhado.

fig. 5

A umidade tem um efeito negativo nas estruturas de telhado de madeira e metal. Com o excesso, começa a escorrer para o interior, formando goteiras no teto. As consequências mais desagradáveis ​​são o acúmulo de umidade no material isolante de calor, que, como já foi mencionado, reduz drasticamente suas propriedades isolantes de calor..

Uma barreira significativa à penetração do vapor no espaço sob o telhado é um filme especial com baixa permeabilidade ao vapor, que é colocado na estrutura do telhado diretamente sob o isolamento térmico. No entanto, nenhum material de barreira de vapor é capaz de excluir completamente o fluxo de vapor do interior do edifício para o espaço sob o telhado. Portanto, para que o telhado não perca sua capacidade de isolamento térmico de ano para ano, é necessário que toda a umidade acumulada no material de isolamento térmico no inverno vá para fora no verão..

Essa tarefa está sendo resolvida com medidas construtivas. Em particular, para telhados planos, recomenda-se não a colagem contínua, mas parcial dos materiais de cobertura à base..

Fendas de ventilação especiais são dispostas em telhados inclinados (Fig. 6). Como regra, existem dois deles – o vão superior e o inferior. Através do vão superior (entre a cobertura e a impermeabilização), a umidade atmosférica retida sob a cobertura é removida. Graças à ventilação, as estruturas de madeira (contra-treliça e torneamento) são constantemente ventiladas, o que garante a sua durabilidade. A umidade é removida através da abertura de ventilação inferior que penetra no isolamento pelo interior. Arranjo de alta qualidade da barreira de vapor do lado do interior e a presença de uma folga de ventilação inferior suficiente, exclui o alagamento da estrutura do telhado.

fig. 6

Observe que quando as membranas respiráveis ​​são usadas como materiais à prova d’água, não há necessidade de uma abertura de ventilação menor..

Para garantir uma boa circulação de ar, muitas empresas que produzem materiais para telhados para telhados inclinados, via de regra, oferecem uma série de elementos de ventilação como elementos adicionais: arejadores salientes, arejadores de cumeeira, grades de ventilação e para telhados – telhas de ventilação especiais.

A proteção mais confiável contra o vapor de água é especialmente necessária em telhados sobre salas com alta umidade: piscinas, museus, salas de computadores, hospitais, algumas instalações industriais, etc. A proteção contra vapor também deve receber atenção especial ao construir em áreas com climas extremamente frios, mesmo com umidade interna normal. Ao analisar as condições ambientais e as condições de temperatura e umidade internas, pode-se fazer suposições sobre a possibilidade de condensação de umidade e seu acúmulo e, usando várias combinações de componentes do telhado, tentar evitar esses fenômenos.

Substâncias quimicamente agressivas no ar

Como regra, em grandes cidades ou perto de grandes empreendimentos na atmosfera, há uma concentração bastante alta de substâncias quimicamente agressivas, por exemplo, sulfeto de hidrogênio e dióxido de carbono. Portanto, para todos os elementos estruturais das coberturas e, principalmente, para coberturas nessas áreas, é necessário o uso de materiais resistentes aos produtos químicos presentes no ar..

Atividade vital de insetos e microorganismos

Vários insetos e microorganismos podem causar danos significativos à estrutura do telhado, especialmente aos elementos de madeira. A alta umidade é um ambiente particularmente favorável para sua vida. Para proteger as estruturas de madeira, são utilizadas impregnações especiais que protegem o material de microorganismos.

Cargas mecânicas

A estrutura do telhado deve resistir a cargas mecânicas, tanto constantes (estáticas) – dos elementos de enchimento e instalação, e temporárias – neve, do movimento de pessoas e equipamentos, etc. As cargas associadas a possíveis movimentos entre o telhado e os nós do edifício também são temporárias..

Assim, para que a cobertura desempenhe de forma confiável suas funções e seja resistente aos diversos tipos de influências (listadas acima), é necessário: em primeiro lugar, basta calcular corretamente a parte de apoio; em segundo lugar, encontre a melhor opção de design; e, finalmente, em terceiro lugar, para garantir a combinação ideal de materiais de construção.

De tudo o que foi dito, segue-se que as seguintes camadas principais podem estar presentes na estrutura do telhado (Fig. 7):

fig. 7

• material de cobertura, sobre o qual, se necessário, é aplicada uma camada adicional (curativo, lastro, etc.);
• camada de impermeabilização (em telhados inclinados) – isola adicionalmente as camadas internas do telhado da penetração da umidade atmosférica;
• isolamento térmico – fornece uma temperatura do ar razoavelmente estável nas instalações;
• barreira de vapor – impede a penetração de vapor de água do interior do edifício na estrutura do telhado;
• base.

A estrutura da cobertura deve ser dotada de medidas de livre circulação de ar (ventilação).

A necessidade de certas camadas e sua localização dependem do tipo de construção e dos efeitos aos quais ela será exposta. Ao escolher, deve-se levar em consideração também as características técnicas dos materiais utilizados: coeficientes de dilatação e compressão térmica; resistência final à tração, compressão e cisalhamento; características de permeabilidade ao vapor e absorção de umidade; características de envelhecimento, incl. maior fragilidade e perda de resistência térmica; elasticidade; resistência ao fogo. A importância de todas as características técnicas listadas acima é determinada para cada caso específico.