Ação do Vento nas Edificações

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1 Ação do Vento nas Edificações Sumário Conceitos iniciais Velocidade do vento Coeficientes aerodinâmicos e ação estática do vento Exemplo Prático 2

2 Introdução Diferenças de pressão => movimento das massas de ar Caráter aleatório na intensidade, duração e direção. Como Quantificar??? 3

3 Como Quantificar? F = C f. q.a C f coeficiente de força q pressão dinâmica A área de referência q= 0,613.V k 2 V k velocidade característica do vento C f - características Geométricas A área exposta ao vento V k = V 0. S 1. S 2. S 3 V 0 velocidade básica do vento S 1 fator topográfico S 2 rugosidade, dimensões e altura S 3 fator estatístico 4

4 Velocidade do Vento Fatores intervenientes: Local Tipo de terreno (plano, aclive, morro) Altura da edificação Rugosidade do terreno Tipo de ocupação 5

5 Velocidade básica (Vo) Rajada de 3 s Velocidade do Vento Excedida uma vez em 50 anos A 10 m acima do terreno Em campo aberto e plano Admite-se que o vento básico pode soprar de qualquer direção horizontal Na dúvida ou em obras de excepcional importância Estudo específico para a determinação de Vo Podem ser consideradas direções preferenciais, se devidamente justificadas. 6

6 Isopletas Velocidade do Vento 7

7 Velocidade do Vento Fator topográfico S 1 Terreno plano S 1 = 1 Vales protegidos S 1 = 0,9 Morros e Taludes S 1 conforme a seguir 8

8 Fator topográfico S 1 Morros e Taludes Pontos A e C S 1 = 1,0 Velocidade do vento 9

9 Velocidade do vento Fator topográfico S 1 Morros e Taludes Pontos A e C: S 1 = 1 o Ponto B: θ 3 S1 ( z ) = 1,0 6 o θ 17 θ 45 Entre A e B, B e C => interpolar o ) 0,31 1 ) tg( θ 3 Entre 3 e 6º, entre 17 e 45º=> interpolar o 1 1 S ( z) = 1,0 + (2,5 1 S ( z) = 1,0 + (2,5 z d z d o ) 1 10

10 Velocidade do vento Fator S 2 Efeito combinado: Rugosidade do terreno Dimensões da edificação Altura sobre o terreno 11

11 Velocidade do vento Rugosidade do terreno Categoria I: Superfícies lisas de grandes dimensões com mais de 5 km de extensão, medida na direção e sentido do vento incidente. Exemplos: mar calmo, lagos e rios, pântanos sem vegetação. 12

12 Velocidade do vento Rugosidade do terreno Categoria II: Terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível, com poucos obstáculos isolados, tais como árvores e edificações baixas. Exemplos: zonas costeiras planas, pântanos com vegetação rala, campos de aviação, pradarias e charnecas, fazendas sem sebes ou muros. A cota média do topo dos obstáculos é considerada inferior ou igual a 1,0 m. 13

13 Velocidade do vento Rugosidade do terreno Categoria III: Terrenos planos ou ondulados com obstáculos, tais como sebes e muros, poucos quebra-ventos de árvores, edificações baixas e esparsas. Exemplos: granjas e casas de campo (com exceção das partes com matos), fazendas com sebes e/ou muros, subúrbios a considerável distância do centro, com casas baixas e esparsas. A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 3,0 m. 14

14 Velocidade do vento Rugosidade do terreno Categoria IV: Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco espaçados, em zona florestal, industrial ou urbanizada. Exemplos: zonas de parques e bosques com muitas árvores, cidades pequenas e seus arredores, subúrbios densamente construídos de grandes cidades, áreas industriais plena ou parcialmente desenvolvidas. A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 10 m. 15

15 Velocidade do vento Rugosidade do terreno Categoria V: Terrenos cobertos por obstáculos numerosos, grandes, altos e pouco espaçados. Exemplos:florestas com árvores altas, de copas isoladas, centros de grandes cidades, complexos industriais bem desenvolvidos. A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual ou superior a 25 m. 16

16 Velocidade do Vento Dimensões da edificação Classe A (3 s) Todas as unidades de vedação, seus elementos de fixação e peças individuais de estruturas sem vedação. Toda edificação na qual a maior dimensão horizontal ou vertical não exceda 20 m. 17

17 Velocidade do vento Dimensões da edificação Classe B (5 s) Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal esteja entre 20 m e 50 m. 18

18 Velocidade do vento Dimensões da edificação Classe C (10 s) Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal exceda 50 m. Anexo A da NBR 6123 Superfície frontal maior que 80 m. 19

19 Velocidade do vento Fator S 2 21

20 Velocidade do Vento Fator Estatístico S 3 Vida útil: 50 anos Vo superado: 63% adequados para edificações normais destinadas a moradias, hotéis, escritórios, etc. (grupo 2) Anexo B da NBR 6123:1988: Outros níveis de probabilidade Outros períodos de exposição 22

21 Velocidade do Vento Fator estatístico S 3 23

22 Velocidade e Pressão Dinâmica do Vento Velocidade Característica V k = V o. S 1. S 2. S 3 Pressão dinâmica q em N/m 2 e V k em m/s 24

23 Coeficientes de Pressão Força do Vento Diferença de Pressão Pressão efetiva ( p) em um ponto da superfície de uma edificação: 25

24 Coeficientes de Pressão Como Vale também 26 Cpe +, Cpi +, p + => sobrepressão Cpe -, Cpi -, p - => sucção

25 Forças: Coeficientes de Forma De forma análoga 27

26 Coeficientes de Força Força Global Soma vetorial das forças Força na direção do vento = Força de arrasto 28

27 Exemplo Prático 31

28 Exemplo Prático Dimensionamento da estrutura suporte e de fixação da Barreira Acústica instalada no Metrô de São Paulo Dados: Localização: Cidade de São Paulo Altura: aproximadamente 20 m do solo 32

29 Exemplo Prático 33

30 Exemplo Prático 34

31 Relembrando... F = C f. q.a C f coeficiente de força q pressão dinâmica A área de referência q= 0,613.V k 2 V k velocidade característica do vento C f - características Geométricas A área exposta ao vento V k = V 0. S 1. S 2. S 3 V 0 velocidade básica do vento S 1 fator topográfico S 2 rugosidade, dimensões e altura S 3 fator estatístico 35

32 Determinação da Velocidade Básica do Vento -Vo Vo 40 m / seg 36

33 Determinação do Fator Topográfico -S1 Fator topográfico S 1 Terreno plano S 1 = 1 Local da obra Vales protegidos S 1 = 0,9 Morros e Taludes S 1 conforme cálculos apresentados 37

34 Determinação do Fator S2 (rug, dim, alt) Depende: Categoria Classe 38

35 Determinação do Fator S2 (rug, dim, alt) Categoria II: Terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível, com poucos obstáculos isolados, tais como árvores e edificações baixas. Exemplos: zonas costeiras planas, pântanos com vegetação rala, campos de aviação, pradarias, fazendas sem sebes ou muros. A cota média do topo dos obstáculos é considerada inferior ou igual a 1,0 m. 39

36 Determinação do Fator S2 (rug, dim, alt) Classe C (10 s) Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal exceda 50 m. 40

37 Determinação do Fator S2 (rug, dim, alt) Categoria: II Classe: C S2 = 1,02 41

38 Determinação do Fator Estatístico -S3 S3 = 1,00 42

39 Determinação da Velocidade Característica do Vento -Vk V k = V 0. S 1. S 2. S 3 V 0 = 40 m/s (velocidade básica do vento) S 1 = 1,0 (fator topográfico) S 2 =1,02 (rugosidade, dimensões e altura) S 3 =1,0 (fator estatístico) V k = 40. 1,0. 1,02. 1,0 V k = 40,8 m/s 43

40 Determinação da Pressão Dinâmica do Vento -q q= 0,613.V k 2 V k = 40,8 m/s velocidade característica do vento q= 0,613.40,8 2 q= 1020,42 N/m 2 44

41 Cálculo da Força devida ao Vento F = C f. q.a C f coeficiente de força q pressão dinâmica A área de referência Sobrepressão F = 0, ,42.9 C f = 0,7 para sobrepressão C f = -0,5 para sucção A = 2,0 x 4,5 = 9 m 2 Sucção F = -0, ,42.9 F = 6428,65 N = 6,43 kn F = -4591,89 N = -4,6 kn 45

42 Bibliografia ABNT -NBR Forças devidas ao vento em Edificações -Procedimento. Rio de Janeiro, SÁLES, J. J.; MALITE, M.; GONÇALVES, R. M. (1999). Ação do vento das Edificações. Notas de aula. EESC-USP. 46

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