UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO FACET - ENGENHARIA CIVIL SINOP ESTRUTURAS DE MADEIRA Prof. MSc. Letícia Reis Batista Rosas eng.leticiarosas@gmail.com
Ações variáveis As ações variáveis de uso e ocupação (cargas acidentais) atuantes em elementos estruturais de coberturas e de edifícios de concreto armado são obtidas de acordo com a Tabela 2 da NBR 6120:1980 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações:
Ações variáveis Ações variáveis verticais - recomendações da NBR 6120 e NBR 7190: Considerando todos os elementos de madeira isolados, destinados às coberturas (ripas, caibros e terças), deve-se considerar uma força de 1,0 kn na posição mais desfavorável do elemento estrutural, além da carga permanente Em estruturas de madeira para coberturas comuns, deve-se prever uma sobrecarga mínima de 0,25 kn/m² (projeção horizontal), para considerar possíveis instalações (elétrica, hidráulica, etc)
Efeito do vento sobre estruturas de madeira NBR 6123:1988 Forças devidas ao vento em edificações Pode-se considerar o vento como sendo a movimentação das massas de ar em razão das diferenças de pressão e de temperatura na atmosfera.
Tipos de vento
Tipos de vento Vento à barlavento: é o vento "clássico" e sua ação se resume em tentar derrubar a parede. Não conseguindo derrubar a parede, ele desvia e sobe, destruindo o que ele encontrar pelo caminho.
Tipos de vento Vento paralelo: produz um esforço de sucção vertical sobre o componente, puxando-o na direção perpendicular ao do vento. Muitos pensam que o vento "empurra o telhado para baixo" mas o vento paralelo "puxa o telhado para cima" e, se o telhado não estiver bem amarrado nas paredes e pilares, sai voando
Tipos de vento Vento à sota-vento: produz um esforço de sucção sobre o componente, puxando-o na direção e sentido do vento.
Tipos de vento Vento com pressão interna: no caso de um galpão cuja porta foi esquecida aberta, o vento que penetra para dentro do galpão irá exercer uma pressão de dentro para fora, arrancando as telhas.
Tipos de vento A ação do vento pode ser potencializada quando combina com a ação do vento paralelo. Um empurra as telhas de baixo para cima, com, por exemplo 15 kgf/m 2 e o outro puxa por fora com, por exemplo, 27 kgf/m 2 resultando numa força de 15 + 27 = 42 kgf/m 2 modo que mesmo telhas pesadas como as de barro podem ser arrancadas pela força combinada.
Tipos de vento Vento com sucção interna: o vento que já passou pelo galpão, é succionado pela ação a sota-vento que puxa o ar de dentro do galpão e cria uma pressão negativa no interior do galpão. O telhado puxado para baixo e as paredes são puxadas na direção do vento. Os vidros das janelas podem quebrar.
Tipos de vento Ação combinada do vento a barlavento com o vento a sota-vento: produz um esforço de pressão sobre o componente à barlavento, empurrando-o na direção e sentido do vento, e também produz um esforço de sucção sobre o componente à sota-vento, puxando-o na direção e sentido do vento
Tipos de vento O projetista da estrutura deve analisar todas as combinações possíveis, externas e internas, de ação do vento e estudar também os condicionantes da região como: a topografia do terreno, a existência de obstáculos e prédios que possam aumentar a força dos ventos, e levar em consideração que portas e janelas podem se romper sob a ação do vento e criar ventos internos.
Tipos de vento Uma simples depressão no terreno poderá ocasionar uma concentração do fluxo do vento, aumentando a carga de vento que atua sobre uma parede
Tipos de vento O que costuma influenciar e, com valores significativos, é a construção de um novo prédio na vizinhança. O novo prédio poderá "canalisar" o fluxo do vento aumentando a velocidade do vento e concentrando a ação diretamente numa das paredes do nosso prédio. Deste modo, prédios que já existiam há muitos anos e que nunca foram solicitados a valores significativos de vento, passam a receber rajadas de vento nunca antes sentida.
Tipos de vento Para tentar entender como é isso, imaginem que foi construido um prédio numa praia isolada onde não há nenhum outro prédio.
Tipos de vento Agora, imaginem esta praia alguns anos depois quando resolverem construir outros prédios: O prédio ficará cercado por outros prédios que irão canalizar, desviar, conduzir o vento criando zonas de maior pressão e também zonas de menor pressão.
Tipos de vento São estas situações, mais complexas, que um túnel de vento poderá analisar Montado sobre uma plataforma giratória, o túnel de vento permite a análise sob todos ângulos de incidência do vento.
Efeito do vento sobre estruturas de madeira NBR 6123:1988 Forças devidas ao vento em edificações Ação de curta duração Nas combinações de longa duração no ELU, quando o vento é considerado como a ação variável principal, multiplica-se pelo fator 0,75. Consideram-se as ações acidentais verticais e a ação do vento como ações variáveis de naturezas diferentes, com baixa probabilidade de ocorrência simultânea.
Efeito do vento sobre estruturas de madeira Parâmetro importante: velocidade média do vento Variáveis que influenciam: Posição geográfica Altura da edificação Aspectos topográficos (local plano, montanhoso, etc) Rugosidade do terreno (obstáculos à passagem do vento)
Efeito do vento sobre estruturas de madeira Rajadas: efeitos localizados e de curta duração, por isso atingem valores mais altos que a velocidade média. São avaliados através de ações estáticas equivalentes.
Velocidade básica do vento Equipamentos que medem a velocidade: anemômetros ou anemógrafos Condições básicas : Localizados em terrenos planos Posicionados a 10 m de altura Sem obstruções que venham a interferir na velocidade do vento Leitura da velocidade média do vento sobre 3 segundos
Gráfico de isopletas NBR 6123 Velocidade básica do vento Rajadas de 3 segundos Período de retorno da rajada crítica de 50 anos Velocidades determinadas a partir do tratamento estatístico aplicado aos dados obtidos de 49 estações meteorológicas espalhadas no país
Velocidade característica do vento A velocidade característica do vento, dada em m/s, é: V k = V 0. S 1. S 2. S 3 V 0 para a região de Sinop: 30m/s S 1 considera a topografia S 2 considera a rugosidade do terreno e as dimensões da edificação S 3 é baseado em conceitos estatísticos
Fator S 1 Leva em consideração as variações do relevo do terreno, que conduzem ao aumento ou à diminuição da velocidade básica do vento A NBR 6123 considera três situações: terreno plano ou pouco ondulado, vales profundos protegidos do vento, e taludes e morros.
Fator S 1 Terreno plano ou fracamente acidentado: S 1 =1,0
Fator S 1 Terreno plano ou fracamente acidentado: S 1 =1,0
Fator S 1 Vales protegidos do vento: S 1 =0,9
Fator S 1 Taludes e morros S 1 é determinado a partir do ângulo ( ) de inclinação do talude ou morro, da altura (z) medida a partir da superfície do terreno no local da construção, e da diferença de nível (d) entre a base e o topo do talude ou morro.
Fator S 1 Taludes e morros S 1 é determinado a partir do ângulo ( ) de inclinação do talude ou morro, da altura (z) medida a partir da superfície do terreno no local da construção, e da diferença de nível (d) entre a base e o topo do talude ou morro.
Fator S 1 Situação 1: para θ 3 S 1 = 1,0 Situação 2: para 6 θ 17 Situação 3: para θ 45 * Para valores entre 3 e 6 e entre 17 e 45, fazer interpolação linear
Fator S 2 O fator S 2 considera os aspectos particulares de uma determinada edificação, quanto às dimensões da edificação e à rugosidade do terreno onde será construída. A NBR 6123 estabelece 5 categorias para a rugosidade
Fator S 2 Categoria I - São as superfícies lisas de grandes dimensões, com mais de cinco quilômetros de extensão, medidos na direção e no sentido do vento incidente. Exemplos: mar calmo; lagos e rios; pântanos sem vegetação.
Fator S 2 Categoria II - São os terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível, com poucos obstáculos isolados, como árvores e edificações baixas. Exemplos: zonas costeiras planas; pântanos com vegetação rala; campos de aviação; pradarias; fazendas sem muros.
Fator S 2 Categoria III - São os terrenos planos ou ondulados com obstáculos, como muros, poucos quebra-ventos de árvores, edificações baixas e esparsas. Exemplos: granjas e casas de campo; fazendas com muros; subúrbios distantes do centro das cidades, com casas baixas e esparsas. A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 3 metros.
Fator S 2 Categoria IV - São os terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco espaçados em zona florestal, industrial ou urbanizados. Exemplos: parques e bosques com muitas árvores; cidades pequenas e arredores; subúrbios densamente construídos de grandes cidades; áreas industriais plena ou parcialmente desenvolvidas. A cota média do topo dos obstáculos é igual a 10 metros.
Fator S 2 Categoria V - São os terrenos cobertos por obstáculos numerosos, de grande altura e pouco espaçados. Exemplos: florestas com árvores altas de copas isoladas; centros das grandes cidades; complexos industriais bem desenvolvidos. Nesta categoria, a cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 25 metros.
Fator S 2 A NBR 6123 também define três classes para as edificações e seus elementos.
Fator S 2 Classe A - Pertencem a esta classe todas as unidades de vedação, seus elementos de fixação e as peças individuais de estruturas sem vedação; todas as edificações ou suas partes nas quais a maior dimensão horizontal (planta) ou vertical (superfície frontal) não exceda 20 metros.
Fator S 2 Classe B - Pertencem a esta classe todas as edificações ou suas partes nas quais a maior dimensão horizontal (planta) ou vertical (superfície frontal) esteja compreendida no intervalo entre 20 e 50 metros.
Fator S 2 Classe C - Pertencem a esta classe todas as edificações ou suas partes nas quais a maior dimensão horizontal ou vertical (superfície frontal) exceda 50 metros.
Fator S 2 Nesta tabela, z representa a altura, em metros, medida a partir da superfície do terreno.
Fator S 3 O fator S 3 é baseado em conceitos estatísticos, levando em consideração a vida útil esperada para a edificação e o grau de segurança requerido. A norma divide em cinco grupos: Grupo 1: São as edificações cuja ruína total ou parcial pode afetar a segurança ou a possibilidade de socorro a pessoas após tempestades destrutivas, como é o caso de hospitais, quartéis de bombeiros e de forças de segurança, centrais de comunicação. Nesta condições, S 3 = 1,10
Fator S 3 O fator S 3 é baseado em conceitos estatísticos, levando em consideração a vida útil esperada para a edificação e o grau de segurança requerido. A norma divide em cinco grupos: Grupo 1: são as edificações cuja ruína total ou parcial pode afetar a segurança ou a possibilidade de socorro a pessoas após tempestades destrutivas, como é o caso de hospitais, quartéis de bombeiros e de forças de segurança, centrais de comunicação. Nesta condições, S 3 = 1,10
Fator S 3 Grupo 2: são as edificações para hotéis, residências; edificações para comércio e indústria com alto fator de ocupação. Nestas condições, S 3 = 1,00 Grupo 3: são as edificações e instalações industriais com baixo fator de ocupação. Ex: depósitos, silos, construções rurais. Nestas condições, S 3 = 0,95
Fator S 3 Grupo 4: são as vedações (telhas, vidros, painéis). Assim, S 3 = 0,88 Grupo 5: edificações temporárias; edificações dos grupos 1 a 3 durante a fase de construção. Nestas condições, S 3 = 0,83
Pressão dinâmica do vento (q) É a pressão exercida pela velocidade característica do vento, nas condições normais de temperatura e pressão. A pressão dinâmica é considerada sempre perpendicular à superfície da estrutura.
Coeficientes de pressão e de forma O efeito do vento é sempre considerado como ação dinâmica, pois a velocidade do mesmo varia, temporalmente, de intensidade. Para a maioria das situações, o efeito do vento pode ser analisado estaticamente, a partir dos coeficientes de pressão (externo e interno), de forma, de força e de torção.
Coeficientes de pressão e de forma Valores positivos dos coeficientes de pressão externa ou interna correspondem a sobrepressões, e valores negativos correspondem a sucções O coeficiente de pressão efetiva atuando sobre uma superfície é a diferença entre os coeficientes de pressão externa e interna Um valor positivo para o coeficiente de pressão efetiva total indica uma pressão efetiva com o sentido de uma sobrepressão externa. Um valor negativo indica uma pressão efetiva com o sentido de uma sucção externa.
Coeficiente de pressão interna Na condição ideal onde uma edificação fosse totalmente impermeável ao ar, a pressão no interior da mesma seria invariável no tempo, qualquer que fosse a velocidade da corrente de ar na parte externa. Entretanto, as paredes ou a cobertura das edificações, mesmo consideradas fechadas, permitem a passagem do ar, evidenciando que as situações idealizadas não se repetem usualmente na prática. O coeficiente de pressão interna está diretamente relacionado com as possíveis aberturas onde vento possa entrar.
Coeficiente de pressão interna A NBR 6123 admite que são impermeáveis os seguintes elementos construtivos e vedações: lajes e cortinas de concreto armado ou protendido; paredes de alvenaria, de pedra, de tijolos, de blocos de concreto e similares, sem portas, janelas ou quaisquer outros aberturas. Os demais elementos construtivos e vedações são considerados permeáveis, devido à presença de aberturas tais como: juntas entre painéis de vedação e entre telhas; frestas em portas e janelas; aparatos para permitir a ventilação em telhas e panos de telhados; vãos abertos de portas e janelas; chaminés e lanternins.
Coeficiente de pressão interna 1) Para edificações com paredes internas permeáveis, a pressão interna é considerada uniforme, adotando-se os valores dados a seguir: a)edificações com duas faces opostas igualmente permeáveis, as outras faces impermeáveis: *Vento perpendicular a uma face permeável: *Vento perpendicular a uma face impermeável: b)edificações com quatro faces igualmente permeáveis *Considerar o mais nocivo entre os valores:
Coeficiente de pressão interna 1) Para edificações com paredes internas permeáveis, a pressão interna é considerada uniforme, adotando-se os valores dados a seguir: c)edificações com abertura dominante em uma face, as outras com igual permeabilidade: c.1)abertura dominante na face de barlavento *Parâmetro k1 indica a proporção entre a área das aberturas na face de barlavento e a área total das aberturas em todas as faces submetidas a sucções externas
Coeficiente de pressão interna 1) Para edificações com paredes internas permeáveis, a pressão interna é considerada uniforme, adotando-se os valores dados a seguir: c)edificações com abertura dominante em uma face, as outras com igual permeabilidade: c.2)abertura dominante na face de sotavento *Adotar C i = C e, correspondente à referida face c.3)abertura dominante em face paralela ao vento, fora das regiões com alta sucção externa *Adotar C i = C e, correspondente à referida face
Coeficiente de pressão interna 1) Para edificações com paredes internas permeáveis, a pressão interna é considerada uniforme, adotando-se os valores dados a seguir: c)edificações com abertura dominante em uma face, as outras com igual permeabilidade: c.4)abertura dominante em face paralela ao vento, em região com alta sucção externa *Parâmetro k2 indica a proporção entre a área da abertura dominante e a área total das outras aberturas situadas em todas as faces submetidas a sucções externas
Coeficiente de pressão interna 2) Para edificações efetivamente estanques e com janelas fixas, com probabilidade desprezível de serem rompidas por acidente, adotar para o coeficiente de pressão interna Cpi o mais nocivo entre os valores: Em resumo, o coeficiente de pressão interna é positivo quando ocorre sobrepressão interna e negativo quando ocorre sucção interna.
Coeficientes de pressão e forma externos Serão abordados a partir de agora os coeficientes externos, com aplicação em edifícios de planta retangular e telhado de duas águas. A NBR 6123 considera o vento a 0 atuando paralelamente à maior dimensão em planta, enquanto o vento a 90 atua perpendicular à maior dimensão em planta. Para o dimensionamento (telhas, caixilhos, elementos estruturais, etc), a NBR 6123 define o Cpe (coeficiente de pressão) para as regiões de elevados valores de pressão (zona de sucção) e o coeficiente de forma Ce para as demais regiões da edificação.
Força devida ao vento A força do vento sobre um elemento plano de edificação de área A atua em direção perpendicular a ele, sendo dada por:
Força devida ao vento Um valor positivo para F indica que esta força atua para o interior (sobrepressão), e um valor negativo indica que esta força atua para o exterior (sucção) da edificação. A pressão interna é considerada uniformemente distribuída no interior da edificação. Consequentemente, em superfícies internas planas, Cpi = Ci.
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