Estrutura para Placa Solar em Telhado: Dimensionamento Segundo NBR 6123 e NBR 8800

Projetar uma estrutura para placa solar em telhado pela lógica de "suportar o peso dos módulos" é o erro mais comum que vemos em revisão de projeto. O peso próprio do sistema fotovoltaico raramente ultrapassa 15 a 20 kgf/m². A ação que dimensiona a estrutura, na maioria dos casos, é o vento atuando por sucção sobre a face superior dos módulos.

Este artigo trata da metodologia de cálculo aplicável a estruturas de fixação sobre telhado, cruzando a ABNT NBR 6123:2023 (forças devidas ao vento) com a ABNT NBR 8800 (estruturas de aço) e normas complementares. O objetivo é apresentar o roteiro técnico que um projetista deve seguir, não um tutorial genérico de instalação.

Por que o vento governa o dimensionamento

Um módulo fotovoltaico instalado sobre telhado funciona, do ponto de vista aerodinâmico, como um obstáculo inclinado exposto ao escoamento de ar. A diferença de pressão entre a face inferior (parcialmente confinada) e a face superior (exposta ao fluxo) gera forças de sucção que podem superar em várias vezes o peso próprio do conjunto.

Em coberturas de baixa inclinação, típicas de galpões industriais e edificações comerciais, esse efeito de sucção é ainda mais crítico nas bordas do telhado e nos cantos, onde o descolamento do fluxo de ar amplifica os coeficientes de pressão. É justamente nessas regiões que ocorre a maioria dos casos de arrancamento de trilhos e módulos registrados em campo.

NBR 6123:2023: cálculo da ação do vento

A NBR 6123 estabelece o procedimento para obter a velocidade básica do vento (V0) a partir do mapa de isopletas, multiplicada pelos fatores S1 (topografia), S2 (rugosidade do terreno, dimensões da edificação e altura acima do solo) e S3 (fator estatístico, relacionado à ocupação e vida útil da estrutura), resultando na velocidade característica Vk.

A partir de Vk, obtém-se a pressão dinâmica pela relação q = 0,613 · Vk², em N/m². Essa pressão é multiplicada pelos coeficientes de pressão e forma (Cpe, Cpi e, para elementos de fixação, Cpe combinados de forma mais desfavorável) para chegar à carga de projeto aplicada sobre o módulo e sobre o trilho de fixação.

Elementos de vedação e fixação versus estrutura global

A norma diferencia explicitamente as ações sobre elementos de vedação, fixação e componentes de revestimento das ações sobre a estrutura como um todo. Essa distinção existe porque coeficientes de pressão locais, medidos em bordas e cantos, são bem superiores aos coeficientes médios usados para dimensionar a estrutura principal. Para o sistema de fixação fotovoltaico, o projetista deve trabalhar com os coeficientes locais, não com os globais.

Zonas críticas: bordas, cantos e centro da cobertura

O zoneamento aerodinâmico do telhado, conforme a NBR 6123, divide a cobertura em regiões de borda, canto e área central, cada uma com seu próprio coeficiente de pressão externa. Em telhados a duas águas ou em coberturas planas com parapeito baixo, os cantos apresentam os maiores módulos de sucção, frequentemente 1,5 a 2 vezes superiores aos valores centrais.

• Layout dos módulos deve evitar, sempre que possível, alocar fileiras inteiras nas faixas de borda e canto mapeadas pela norma.
• Quando a instalação nessas faixas for inevitável, o espaçamento entre fixadores deve ser reduzido para compensar a sucção local.
• A altura da edificação e a proximidade de obstáculos vizinhos alteram o fator S2 e, portanto, a pressão de projeto em cada faixa.

NBR 8800: dimensionamento de perfis e ligações

Definida a ação do vento, a verificação estrutural dos componentes metálicos (trilhos, mãos francesas, bases de fixação, chapas de ligação e parafusos) segue a ABNT NBR 8800, no método dos estados limites. Isso inclui checagem de resistência à flexão e ao cisalhamento dos trilhos, estabilidade local e global de perfis esbeltos, e resistência das ligações parafusadas ao cisalhamento e ao arrancamento.

Quando os perfis de suporte são formados a frio (comum em suportes leves de alumínio extrudado ou aço galvanizado dobrado), a verificação incorpora também a ABNT NBR 14762, que trata dos fenômenos de instabilidade próprios de seções de parede fina, como flambagem local e distorcional, não cobertos com o mesmo detalhamento pela NBR 8800.

A combinação das ações de peso próprio, sobrecarga acidental e vento segue a ABNT NBR 8681, que define os fatores de ponderação e as combinações últimas e de serviço. É nessa etapa que se define se a sucção do vento, e não o peso, controla o dimensionamento do fixador.

Boas práticas de dimensionamento

1. Levantar corretamente a categoria de rugosidade do terreno, a altura da edificação e a classe de dimensões, pois pequenas variações em S2 alteram significativamente Vk.
2. Identificar o substrato da cobertura (telha cerâmica, fibrocimento, metálica trapezoidal, laje) e adotar o sistema de ancoragem compatível com sua capacidade resistente.
3. Posicionar módulos evitando concentração nas faixas de borda e canto mapeadas pela NBR 6123.
4. Dimensionar fixadores, ganchos e grampos para a combinação mais desfavorável de vento, não apenas para carga gravitacional.
5. Verificar a estrutura existente do telhado (terças, caibros, treliças, apoios) quanto à reserva de capacidade para o acréscimo de carga do sistema fotovoltaico.
6. Especificar montagem com torque controlado nos parafusos e grampos, conforme instrução do fabricante do sistema de fixação.

Cada furação na cobertura é um ponto potencial de infiltração. A solução de vedação deve ser compatível com o tipo de telha e verificada junto ao fabricante do sistema de cobertura, para não comprometer a estanqueidade em nome do desempenho estrutural.

Riscos comuns em projetos de fixação fotovoltaica

A maior parte das falhas de campo tem origem em decisões tomadas antes da execução, na fase de projeto ou de especificação de materiais.

• Subdimensionamento para vento em regiões de maior velocidade básica ou coberturas com pouca proteção ao fluxo de ar.
• Arrancamento de módulos e trilhos por sucção concentrada em bordas e cantos não identificados corretamente no projeto.
• Especificação inadequada de chumbadores, parafusos ou grampos, sem verificação da capacidade de arrancamento no substrato.
• Infiltrações decorrentes de furações mal vedadas ou incompatíveis com o perfil da telha.
• Corrosão galvânica em interfaces aço-alumínio sem isolamento dielétrico adequado entre metais.
• Sobrecarga local em telhas frágeis ou madeiramento com degradação, sem verificação prévia da capacidade estrutural.
• Ancoragem em elemento não estrutural, como forro ou telha, sem transferência de carga para a estrutura de sustentação real.

Em coberturas, o sistema de fixação fotovoltaico precisa cumprir três funções simultâneas: suportar o peso do arranjo, resistir à ação do vento e preservar a estanqueidade da cobertura. Falhar em qualquer uma delas invalida o projeto.

— Prática de engenharia estrutural aplicada a sistemas fotovoltaicos

A responsabilidade técnica formal, com memorial de cálculo detalhando as combinações de ações e a verificação dos perfis e ligações, é o que diferencia um sistema de fixação confiável de um kit comercial instalado sem análise estrutural específica para o local.