Prévia do material em texto
Universidade de São Paulo
Escola de Engenharia de São Carlos
Departamento de Engenharia de Estruturas
"Ação do Vento nas Edificações"
José Jairo de Sáles
' Maximiliano Malite
Roberto Martins Gonçalves
São Carlos, março de 2002
reimpressão
•
•
..
~
APRESENT AÇÃ.0
O tema "Ação do Vento nas Edificações", abordado nesta
publ icação, está baseado nos preceitos da Norma Brasil eir a
NBR 6123 "F'orças Devidas ao Vento em Edi ficações", junho de J.988.
Esta publ icação destina- se aos alunos de graduação em
Engenharia Civil e tem como objetivos: introduzir os conceitos
bási cos sobre a formação do vento, as forças por ele geradas em
edif icações correntes, a l guns aspectos complementares sobre o
tema e alguns exemplos de a c identes causados pela ação do vento .
Este tema é abordado na disci plina Sistemas
Estruturais, porém será utilizado nas disciplinas de projeto nas
áreas de Estruturas Metálicas, Concreto e Madeiras, o que j á
demonstra a neces sidade do conhecimento deste assunto pelos
alunos. Sugerimos a resolução de todos os exercícios propostos
que encontram-se no final desta publicação.
São Carlos, janeiro de J.99~
José Jairo de Sáles
Maximil i ano Malite
Roberto Martins Gonçalves
( . .
,. t
•
Univers idade 'de ·São Paulo
Escola de Engenharia de São Carlos
Departamento de Engenharia de Estruturas
'' A cão do Vent,o- nas
'
. '
Edif icaçoes" .p
~/-~
Á-<T~
~"#
José Jairo de Sáles
Maximiliano Malite .
Roberto Martins Gonçalves
/ .. --···,,,.~·
~- ~.'
/ .
ti ij
I
São Carlos, março ae 2002
reimpressão - Cód. 01094
•
..
...
-
SUMÁRIO
I - ASPECTOS GERAIS
I . 1- Origem do venco ... . . .... . . .. .......... ...• ..... l
I.2· Os e f eitos do vento . . ... . . . . ..... .. ... . ........ 1
I.3 · O vento nas edificações ... •. .. • . .. •.•. ....... .. 7
I I . VELOCIDADE DO VENTO
!I .1 - Introdução . . ... . .. . . . .... . ... .. ... .. : •. .... ... 12
II. 2· Velocidade bás ica do vent o
!l.3- Velocidade característica
.... . ... . .... ... ... . 1 )
.. .. .. .. ... ... •. . ...• 14
II.3 . 1 · !?ator
1 1 . 3 .2 · Fat:or
II.3 . 3 · Fator
topográfico
s Rugosidade 2 •
i::s r. a t í s t: i co
II . J.4 - Comentários gerais
. .. ....... . . . ... .. . . ...
do terreno e di men!=iÕen
... .. .... ..... .... ..... .
.. .. . ... . - . .... ... ... .
II.3 .5- Exemplos da determinação da
. '15
. 1 7
.23
. 24
velocidade c aracterística . . . ...... .... . .... . 25
III - COEFICIENTES AEROD I NÂMICOS E AÇÃO ESTÁTICA DO VENTO
III.1 - Breve fundamentação teórica . . .... . . ... . . .. . .. 29
I II. l .1- Teorema da conse rvação da massa . .... . . . . .. 29
II I.1 .2- Teorema de Bernoulli .. . .... . . . . • . .. . .. .... 30
III .1. 3- Pressão estática .................. .. .. .. .. :n
III . 2 - Coeficiente de pressão . . ••. .. ... ••.•• ... •• ... 3 3
III.2 . 1 · Coeficiente de press ão externa . . . . - . . . .33
III.2 .2 · Co efici ente de p ressão interna . - - . ... . . . 4 3
III .2 . 3- Coeficiente de pressão . . . . . . .. . . . . . - .. . 47
I !I.3- Exemplos . ....... ••••• .... ••• .. . • •.•••• .... ·1 9
III.4 coeficiente de força
II I .4 .l · Força de arrasto
••• ••• • •••• •• • •• :. • • • • • • . . • 6 O
. ...•.•. . ..•... . ...• • ..... G 1
III.4. l .1- Coeficientes de arrasto para edificação
de seção constante e p l anta retangular'
II I. 4. 1 . 2- coeficience de arrasto para estruturas
. G :1
reticulares .... .... ..... . .. .. .... .... . ... , . 66
'·
• . ~ ,
III.4. 1.3 · Coeficiente de arrasto para torres
treliçadas .. ... . ..... ....... . ... . .. .. ... .. . G9
III .4.2 · Exemplos de determinação da força
de ;,.rras.to
III.4.3- Co~ficientes
........ . • ............. . ....... .
de força ~ barras prismáticas,
muros , placas e coberturas sem fechamentos
.. 72
laterais e frontais ....... . . . ... . .. . .. . .. .. 75
rv - ASPECTOS COMPLEMENTARES SOBRE A AÇÃO DO VENTO
. IV . l • Introdução · .......... . .......... . .... . .. . .... . . 7 9
IV.2- Interação . : . ... . . ........ . .. . ......... . .. . ..... 80
I V.2.1 · Deflexão vertical do.vento . ... . ... . . .. . . . .. 80
I V.2.2- Turbulência de esteira . .. .. . .... . . .• .... . . . 81
IV.2.3 - Efeito venturi . . . .. ................. ... ... . 82
I V.3 Conforto de transeuntes e usuários das edificações 82
IV.3.1- Conforto de transeuntes ......... . . .. ..... .. 82
IV . 3.2- Con·forto de usuários das edificações .. . . . .. 85
rv·. 4 - Ação dinâmi ca do vento ... .. .. . . . .. . . . • .. . .. . .. 8 7
IV .4.1 - Despreendimento de vórtices .... . . . .... . . . .. 87
.. 88 IV . 4.2 -
IV.4 . 3 -
IV.4.4 -
IV . 4 . 5-
Galope
Efeito de golpe
Energia de rajada
Drapejamento
•••.• •• ••••• ••• ••• . • ••.•••. . 8 9
... • ..... .• .... . . ...... ... 8 9
••... ..... .. . ..•. . ..•. .. .•• • ... 9 O
IV.5 - Considerações gerais sobre a ação dinâmica
do vento em edifícios altos
..... . ..... .. .... . .. 90
IV. 5 . 1 - Aspectos gerais . . . . .. . ... . .... . .... . .. .. . . . 90
IV.5.2 - Velocidade de projeto e parâmetros para
a análise dinâmica . ... . ..... . ... . .... .... .. 90
IV . 5 . 3- Resposta dinâmica na direção do ven to
.... .. 91
V - ACIDENTES DEVIDO À AÇÃO DO VENTO
V.1- Preliminares · · .. ... .... . .. .. . ..... . ......... . .. 94
V.2- Aspectos Aerodinâ micos dos acidentes devido à
ação do vento . ... . .. ...... . . ..... . . .... . .... . .. 94
V. 2 .1- Preliminares .. ; ..... ... ............ . . .. ... .. 94
•
•
•
• ~
..
'
V . 2.2 - Comentários gerai s . .. . . •... . ..... .. • . •• . .. . . 9 5
V.3 - As pe ctos es t r u turais dos acidentes devido
à açã o do ven to
V.3 . 1 - Prel iminar es
.... .. .. . . ... ... ... .. •. . . . . 9 6
. .. ..... • .. . . •••. . • ...... .• . . . . . 9 6
V. 3 . 2 - Comentários gerais
V.4 - Exe mplos de acidentes
. . . . •• . . •...•.. . . .. ... . . . . 97
. • • . .. .. . . .. . •. ... • .. . . . • . 9 9
VI - EXERCÍCIOS PROPOSTOS
. ... . .. ..... . . .. . . . . .. .. .. . . . 1 0!,j
VII - BIBLIOGRAFIA
. . ... . .. .. ..... .... .. . .. . .. . . . . .. . . 1 09
CAPÍTULO I
AÇÃO DO VENTO NOS EDIFÍCIOS - ASPECTOS GERAl:S
I .1 - Origem do vento:
Pode-se, de maneira simpli ficada , defi nir o vento como
o movimento das massas de ar decorrente das d iferenças de
pressões na atmosfera. É um conceito quase q ue intuitivo que o
ar, sendo um flu ído e estando em movi mento, ao encontrar um
obstáculo exercerá uma ação sobre esLe obstáculo .
Na engenharia civil, o exame do vento é então norteado,
numa primeira anál ise, na consideração de qual será o efeito
destas forças sobre as edificações.
Pode - se também definir o vento como um fluxo de ar
médio sobreposto a f lutuações de
denominam-se rajadas ou t uburlências.
fluxo, e stas flutuações
As ra j adas apresentam, por tanto, um valor da velocidade
do ar superior a média e são responsáveis pelas " forças " que irão
atuar nas edificações.
Cabe salient.ar t ambém o carát er aleatório do vento na
sua intensidade, duração e direção, que deverá ser considerado na
determinação das forças que irão solicitar as e d i ficações.
Não é objeto deste texto a discussão aprofundada dos
1
' ~ .
aspectos metereológicos
a) Circulação global: -
do vento, porém é interessante comentar:
o aquecimento diferenciado entre a região
de ar equatorial e os pólos ( Fig I .1a) faz com que massas
frio (mais densas) desloquem- se em direção ao equador (Fig
I.1b), pois o ar desta região (menos denso) sobe. Associada à
rotação da Terra que, evidentemente,influirá na movimentação
destas massas de ar, teremos então o que se classifica como
c irculação global( Fig I.1cl.
FIGURA I.l - Esquema Simplificado da Circulação Global do ~r
b) Frente fria: resumidamente, pode-se dizer que é a movimentação
da massa de ar frio sob a de o ar quente. Este deslocamento
caracteriza-se por fortes zonas de instabilidade provocando
chuvas na região de superfície . frontal. O vento neste tipo de
movimentação, pode atingir até 30m/s (108km/h).
FIGURA I.2 - E':squema de uma Frente Frid
2
I
' '
•
t
t
'
t
1
1
1
1
•
• ..
•
..
...
l
,
•
cl Frente Quente: resumidamente, pode-se dizer que é o movimento
da mas sa de ar quente sobre a de ar frio . Este deslocamento é
,nais estável que a frente
uma intensidade menor .
AR
OVENTE
fria e a velocidade dó venco tem
..
FIGURA I . 3 - Esquema de uma Frente Quente
., .
d) Tempestade tropical : Caracteriza- se pela formação :· àe uma
célula (nuvem) convectiva (Fig . I .4a), seguida do seu desen-
volvimento através da entrada de umidade e calor (Fi g . I.4b).
Após isto, processa- se o crescimento vertiqal, com sua altura
podendo at ingir 12km, seguido do movimento externo da massa de
ar frio e inici a ndo ass im a precipitação (Fig. I . 4 . c).
o colapso do topo da nuvem associado a seu deslocamento,
dependendo das condições
produzir velocidades do
(Fig . I.4.d) .
!. ~a - Formação da Nuvem
de
ar
3
' '
pressão e temperatura,
superior a 30m/s (108
pode
km/h)
I.4b - Desenvol vimento -·
'
•
JO-J5km
r
!
!
1
' !J
;
'
i Ar Frio
e ~ e <o ..
..
I.4c - Crescimento vertical I.4d - Desabament o do
Topo da Nuvem
FIGURA I.4 - Esquema de uma Tempestade Tropical
-----1
1
Vz30,r,/$
~
Este breve relato da formação do vento e de alguns
a spectos metereológicos são importantes como introdu ção ao
estudo do efeito do vento nas edificações.
I.2- Os efeitos do vento
A sensibilidade ·de cada pessoa quanto a natureza que
nos cerca já permite dizer q ue a velocidade do vento é
responsável por vários efei tos danosos em edificações. Portantq ,
os ventos fort e s são os de maior interesse na engenharia de
estruturas e a rugosidade do t erreno, os obstáculos naturais e
artificiais serão objeto de consideração para determinar tal
velocidade .
E até comum a ruína parcial ou t otal d e edificações,
(casas, torres, silos, caixi lhos, etc), devido a ação do vento.
Muit.as v~zes somos surpreendidos por notícias de tais eventos . A
s·urpresa talvez seja decorrente da pouca atenção que o ser humano
dedi ca aos v ários aspe ctos da natureza e e m particular ao ar . As
fo tos l e 2 i l.ui,;tram danos causados pela ação do vento.
4
1 •
•
~
6111
6111!
~ ~
1
f
'
·~
•.,,,
foto 1- Destruição de uma cober-
tura em arco - Estrutura execu-
tada, provavelmente, s em projeto
·~sc.ruLural.
F'oto 2 - Descel hame1~to
de um telhado tipo duas
águas de madeira.
Observar a perda de
estabilidade do banze.
Vários acident es, devidos ao vento, são dignos de nota;
t alvez o maior deles tenha sido a ruína da ponte Tacoma Narrc·.-:s,
nos Estados Unidos; ocorreu num dia de ventos constances, que
f requência
de v i do sua frequência estar próxima da a
c;:n:-acterís t ica da ponl:e, provocou grandes oscilações. A ru i nn
ocorreu aproximadamente seis horas após o inic io àas osci~aç60s ,
pôde ser f ilmadü e celebrizou mundiâlmente este acidente.
uma das dificuldades do . ser humano é quant.ific<1,· .,
velocidade do vento. t razoavelmenie difícil para as pessoas~'
~111 part i cular aos engenheiros, ter est.a sensibilidade. A ,:-scti l ."'l
d,, l\ei.lufor L classi ficü a velocidade do vento em graus c1·e,;çé, l1 ~··";
,·m f11nc,:;;io dos e (eitos causados. A Tabela I.l
,•,:o;«l«. procurand o assim permi tir uma: idé~a d<1
v,·ntc> ;J.pór; il i\ ValicJção dos danos causados .
' .
repr"Odt1:,: e :.:._· ,
ve 16c i <l. ld ,_· !, ,
TABELA I.1 - Escala d e Beaufort
VELOCIDADE DO VENTO
GRAU Intervalo
em m/s
o
l
3
1
5
6
7
a
9
1 0
11
12
0 - 0,5
0,5-1,7
1,7 - 3, 3
3.3 - 5 ,2
5 ,2 - 7,4
7,4 - 9,8
9 ,8 - 12,4
1 2,4-15,2
1 5 , 2 - 18,2
18,2 - 21,5
21 ,5-25,5
25, 5 - 29,0
29,0 e
mais
•
Média
em km/h
1
4
8
15
20
30
40
50
70
1'05
DESCRIÇÃO
DO
VENTO
calmaria
aura.sopro
brisa leve
brisa
fraca
brisa mo-
derada
brisa viva
EFEITOS DEVIDOS AO VENTO
A fumaça sobe pratica -
mente na vertical
Sente- se o vento nas
faces
Movem- se as fol has das
árvores
Movem- se pequenos ramos.
vento extende as bandeiras
Movem- se ramos maiores
brisa.forte Movem- se o s arbustos
ventania
fraca
ventani a
moderada
ventania
ventania
f orte
ventania
dest r u c iva
furacão
6
,
Flexionam-se galhos
o vento é ouvido em
fícios .
for tes
edi-
Difícil caminhar, galhos
qu ebram- se, o tronco das
árvores osci lam .
Objetos leves são .deslo-
cados, partem-se arbus -
tos e galhos grossos ,
avarias em chami nés
Árvores são arr ancadas,
quebram- se os postes
Avari as severas
Avarias desastrosas ,
cal amidades
'
~-~- O vento nas edificações
A ação do vento em edificações depende necessariamente
de dois aspectos : aerodinâmicos e metereológicos .
Os aspectos metereológicos serão responsáveis pela
primeira pergunta a qual temos que responder: Qual é a velocidade
do vento a considerar no projeto de uma dada edificação?
E~ta velocidade será avaliada a partir de considerações
tais como:
- local da edi ficação;
- tipo de terreno (plano, aclive, morro, etc ) ;
- altura da edificação;
rugosidade do terreno (tipo e altura dos obst~culos n
passagem de vento);
- tipo de ocupação.
Fica evident.e que esta velocidade deverá considerar
todos estes aspectos bem como as dimensões da edificação e as
condições dos locai s em que será construída . Estes fatores têm
influência na ação do vento sobre as edificações.
Outro a s pecto a ser considerado é a aleatoriedade do
ven t o que exige, não só a necessidade de real izar medições do
vento natucal, como também adotar simplificações para pode·,
cons i derar seus efeitos.
A variação da velocidade do vento com a altura é outro
1 import ante a ser observado e Oavenport propôs uma aspecto
variação exponencial. A Figura I . S ilustra os perfis da
' velocidade ~édia propostos para três t ipos de terreno:
a) r egião com grandes obstruções - centros de grandes c idades
b) regiões com obstruções uniformes com obstácul os com .:tltura
rnédia de lOrn; Subúrbios de grandes cidades e cidades pequei\.:t!'i.
e:) região c o m poucos obstáculos - campo abe rto, fazendas .
1
- DAVENPORT, A.G. The relationship of wind
l oading. l n:. Wind E:f feci:s on Bu ildings
Teddingt;:m., 1963, p . 5 3-102.
7
structure e.o
and St 1:uct. t1 rt?~i
w j nc.l
lG,
m
160
500
400 l~-- 160
-- --1
300 129 1~8 L§_f) 1
200 qq 1n 1~3
100
o
PERFIL VELOCIDADE MEDIA ( km/h)
FIGURA I .S - Perfil da Velocidade Média Proposto por Davenport
A observação dos perfis de velocidade média, apresen-
t ados na Figura I . S, permite concluir a existência de uma
velocidade limite, denominada velocidade gradiente . Esta é
associada a uma altura gradiente acima da qtJal não ocorrerão
alterações significativas da velocidade. Salienta- se
para as edificações, esta altura é suficientemente
varia em função da rugosidade do terreno.
também que,
elevada e
Por outro lado o caráter localizado do vento e os
efeitos das rajadas serão os responsáveispela velocidade do ar
que atingem uma dada edificaç~o. Pode- se dizer que num dado
instante a vel ocidade pode ser expressa por :
onde:
V (t) a Vm(t) + t:.V (t)
V (e) .~ velocidade num dado instante· t
' '
velocidade média do fluxo de ar neste instante;
variação da velocidade média · - o ;efeito de raja-
da ou turbulência.
8
•
!
í
1
i
•
-
A turbulência (ou rajada) é trar.ada de várias ,nanej rns,
porém um critér io de avaliação simples e de fácil visualização é
imagi nar que pode-se
torma de um r.ubo
associar a rajada
ideal izado, que
a um grande r.urbilhão,
deverá envolver tuda
,:;di ficação para que esta seja totalmente solicitada.
em
A Figura I.6 exempl ifica este turbilhão e estabcJ~cP. as
d i n1ens<:>c~s a serem consideradas. o tempo de rajada estcl ,;;1*;fa.,c_·l «do
;, passagem deste tubo idealizado sobre a edificação, o ,111.:, j6
pe1·mite concluir que as dimensões da edi ficação ,;er5o
«
respot11)áveis pelo tempo de rajada2 a ser r;onsiderado.
2
- --~
'•
"' w
( .
'
FIGURA I. 6 - Esquema para a Determinação do Tempo de R;; , .t,J.,
A NBR 6 1.23 estabelece intervalos de tempo para p cálculo dD
velocidade bá,;ica de 3,5 e 10s. E:stas rajadas então definem t:rês
classes de edificações em função das dimensões fron~ a is .
' <
A Figura 1.7 ilustra a influência da dimensão da
edificação no tempo de rajada a ser considerado .
lz (TENl'O Oé 11.-JAOA/
&r e,
'z I reJ.IP() DE RAJA()AJ
83 83
FIGURA I. 7 - Tempo de Rajada em Função da Dimensão da Edificação,
Deve-se
primeiramente uma
salientar
velocidade
que
de
é necessário
referência para
definir
uma dada
situação de tempo de rajada, rugosidade e altura, e a partir daí
considera r as particularidades de cada edifi cação.
Por outro lado, a análise da edificação e da sua f orma
definem o outro aspecto importante na análise do vento, ou seja,
o aerodinâmico .
A forma da edificação ;tem um papel imr:,ortante para a
de t ermi nação da força devida ao ao vento que a soli cit ará . ~
poss i vel fazer urn avião com motor de um automóvel . At é para
c hamar a atenção vale a pergunta: Porque o avião voa e o
au tomóvel não?
A resposta desta questão consiste exatamente nas
d iferentes formas aer odinâmicas adot adas para o automóvel e para
o a vião. O vento ao incidir sobr e uma edifi cação terá,
e v i dentemente , um comportamento diferente em função da sua forma .
r ntuitivamente, é possível imagi nar que o vento ao
10
I e• ,
•
I
1 ;
1
1
l
'
incidir sobre um t.elhado tipo duas águas, um arco ou um edif icio
de andares múltiplos terá sua "trajetória" alterada em função da
forma d iferenciada destas edificações.
A visual ização da alt.eração do ar pode ser feita
a través das linhas de fluxo. A Figura I.8 iluscra as linhas de
fl uxo sobre um edi fício com telhado tipo duas águas.
--- ,,....., 1---- --l :::> .;, ~ .;,
-:, :) .;,
--.==::::::::· ~
~ 1---1~~
FIGURA I . B· Linhas de Fluxo para um Edifício com Cobertura
Tipo Duas Águas
11
t • •
CAPÍTULO II
VELOCIDADE DO VENTO
I I .1 - Introdução
Neste item serão defi nidas as condições gerais que
permitem determinar a velocidade que atuará em uma determinada
edif icação.
i
r
A primeira consi deração sobre este aspecto é que j
regiões diferentes da terra estão s u jeitas a diferentes situações
da velocidade do vento. Como exemplo, sabe-se que ocorrem
furacões nos Estados Unidos, no Brasil e l es praticamente não
ocorrem . Conclusão: é quase intuitivo que este aspecto deverá ser
considerado .
Uma outra consideração .importante é que a velocidade do
vento, para uma dada região, é obtida através de medições
(anemômetros ou anemógrafos), por ém não deve ser esquecido q ue os
~esultados destas medi ções não poderão ser adotados como
r.eferência inicial sem as devidas considerações de sua
variabilidade ao longo do tempo.
A vida útil de uma edificação corrente é normalizada em
S:o anos fazendo com que a análise do vento deva considerar esce
aspecto. Em outras palavras, é necessário determinar qual a
velocidade máxima neste período de tempo, o que já nos permite
•
antever a necessidade de não s ó obter informações sobre a
velocidade em vários loca i s, como também considerar
e sta t -..i st. icamente estas informações.
1 2
•
II.2 - Velocidade Básica do Vento
O conceito d e velocidade básica do vento está
diretamente associado às condições em que são efetuadas . as
medidas desta velocidade para o vento natural.
Os equipamentos destinados a leitura da velocidade do
v e nto são padronizados assim como as condições de instalação
(altura, localização e rugosidade do terreno) .
Estas condições são :
- Localização dos anemómetros ou anemógrafos em terrenos planos
sem obstrução;
- Posicionados a 10m de a l tura;
- Inexistência de obsc.ruções que possam interferir diretamenteº"
velocidade do vento.
Define-se, assim, um padrão que será ut.ilizado como
padrão de comparação . Sabe- se que nem sempre as edificações e.em
lOm de altura ou estão situadas em terrenos planos. Estabelece-se
a velocidade padrão e a part ir daí deverão ser feitas as devidas
correções para cada caso particular da edificação .
A NBR-6123 estabelece para a velocidade básica um
gráfico de isopletas, Figura I I. l, baseado nas seguintes
condições:
- ve l ocidade básica para uma rajada de três segundos;
- período de retorno de 50 a nos;
probabilidade de 63% de ser excedida pelo menos uma vez no
período de retorno de 50 anos;
- altura de 10m;
- cerreno plano, em campo aberto c·scm obstruções.
As veloc i dades médias máximas, apresentadas no gráfico
da figura II .1, foram obtidas através de informações de várias
e s t ações metereológicas (a maioria situada nos aeroporc.os) e com
o devido tru.t.amento estac.istico. A NBR 61.23 apresenta em um de
seus anexos as estações consideradas, sua localização e altitude .
13
'. ,
' <
. '
-/
. ./
' • 1 ~'
,. : _-i-~~ .,,__,,. ----
' ,.
• / 1
. .... ,
. .l
FIGURA. II. 1 - Isoplet as da Velocidade Básica .
II-3- Velocidade Característica
Como pode ser observado, a
P.:raticamente um padrão . d e referência
velocidade básica
a pa rtir do qual
é
é
necessário decerminar a velocidade que atuará em uma dada
edificação, ou seja, a velocidade caracteristica .
Esta velocidade , caracteristica deverá considerar os
aspectos particulares da edi f icação, entre estes podemos citar:
Topografi a do local , ~ondições particulares podem a lterar
consideravelmente a velocidade do vento . Por exemplo, uma
edificação sobre um acliv:e .
Rug-os idade do terreno : a pre sença ou não de obstáculos, sua
altu-ra e disposição a l tera,
•
'
como já foi visto, o perfi l da
velocidade do ~ento;
Altura da edi f icação :
e ste i tem;
o próprio per fil de velocidade justifica
14
,
•
1
Dimensões da edificação: o tempo de rajada será proporcional às
dimensões da edificação;
- Tipo de ocupação e r isc o d e vida : deve - s e estabelece r critérios
que possam considerar os riscos de vida envolvidos em caso de
ruína da edificação .
Portanto, a NBR 6123 prevê que a velocidade
caract erístic a s e r ~ o b t i da por
onde
- velocidade básica
fator topográfico
f ator r ugosidade do terreno (dimensões e altura da edi -
ficação)
s 3 fator esta t ístico
II .3 . 1 - Fator Topográf ico
O fator topográfico S1 considera os efeitos das
variações do relevo do terreno onde a edificação será construída.
Es te fator cons idera, portanto , o aumento ou a
diminuição da velocidade básica devido a topografia do terreno . Aaproximação ou afastamento das linhas de fluxo é a maneira em
que se pode visualizar estas condições .
A norma brasi leira considera basicamente crês
situ.:i.ções : terreno plano ou pouco ondulado, tal ude .e morros, e
vales profundos pr otegidos do vento. A Figura II.2 ilustra estes
aspect:os.
~ -·
--3ifr~'~·"'-·'· ......___ -~
. ",/1' -:-----:~ --···· --,../ .
,,,., .. ;,. .~ /
A
t ···
FIGURA. II.2- Aspectos da Alteração das Linhas de Fluxo
em Função da Topografia
1 5
Ponto A - Terreno plano
Ponto B - Aclíve com aumento da velocidade
Ponto C - Vale protegido com d i minuição da velocidade
Valores de s1 :
a) Terrenos Planos com poucas ondulações S
1
= 1,0
bJ Vales protegidos do vento em todas as direções s
1
= 0,9
c) Taludes e morros : a correção da velocidade ,básica será
realizada a par tir do ângulo de inclinação do talude ou do
morro e a Figura II . 3 ilustra os valores prescritos.
r--
d
s., 1
z s11z 1s2 z
4 d
a) TALUD~
b) MORRO
r-IGURA J I. J- Fator s 1 Taludes e Morros
16
1 • •
•
e
..
•
'
sendo:
-- No ponto B [s1 é uma f unção s1 Cz))
o ~ 3º, s1 (z) = 1 ,0
z o
:: 1, 0 + (2,5- ---a->tg(8-3 )~ 1
" l
z - - altura medida a partir da superfície do terreno no
ponto considerado ;
d -- difer ença de nível entre a base e o topo do talude
o u rnorro.
8 -- i ncl i nação média do ta l ude ou encost a do morro.
Entre A e B e entre B e C o fator s1 é obtido por
interpolação linear.
II . 3 . 2 - FATOR s 2 - Rugosidade do t erreno e dimensões da edificação
O fator s 2 considera as particularidades de uma dada
edi f icação no que se refere às suas dimensões, bem como a
rugosidade média geral do terreno no qual a edif i cação será
construida.
A discussão da i nfluênci a de cada um destes fator es na
ve loci dade caract eríst ica e stá apresent ada a seguir:
a ) Rugosidade do terreno:
Estã diretamente associada ao perfil de velocidade que
o v e nc.o apresenta quando interposto por obstáculos naturais ou
artificiais.
É quase intuitivo que num terreno plano, aberto e sem
obstr.uções o vento cerá uma velocidade s uperior ao que ocorre no
c e nt ro d e uma cidade como São Paul o, densamente ocupada , onde os
obst á culos fazem com que a velocidade média do vento scj ,, "'"'"º '° ·
1 7
' '
A Figura II.4 ilus tra novamente o perfil da velocidade
do vento para crês tipos de terre no. A altura do perf il está
apresentada até a altura gradiente, altura esta a partir da qual
a alteração da velocidade é praticamente desprezível .
m
160
500
400 14 5 160
- - -·--<--- ·· --
300 129 ·-----~- -- 11;0
200 _l.ll ..
PERFIL VELOCIDADE MÉDIA ( km/h)
FIGURA I I.4 - Perfil da Velocidade do Vento
A NBR- 6123 e s tabelece cinco cacegorias de terreno CI a
V) em função de sua r ugosidade, transcricas a seguir:
CATEGORIA I :
Super fícies lisas de grandes dimensões , com mais de 5km
de extensão, medida na d ireção e senti do do vento incidente.
Exemplos: -mar cal mo;
-lagos e rios;
- pânt anos sem vegetação.
CATEGOR I A II :
Terrenos abertos e m nível o u aproximadamente em nível,
com poucos obstáculos isol a dos, ca is como árvores e edificações
baixa s.
Exempl os: - zonas costeiras plânas;
-pãntanos com vegetação rala ;
- c ampos de aviação;
18
•
' ' .
. '
j
•
•
•
--
-
' •
. .
-pradarias e charnecas;
-fazendas sem sebes ou muros.
A cota média do topo dos obstáculos· é considerada
inferior ou i gual a l,Om.
CATEGORIA III :
Terrenos planos ou ondulados com obstáculos, e.ais como
sebes e muros. poucos q uebra-ventos de árvores, ed~ficações
baixas e e sparsas .
Exemplos: -granjas e casas de campo, com exceção das partes com
matos;
- fazendas com sebes e/ou muros;
-subúrbios a considerável distância do cenc.ro , com
casas baixas e esparsas.
A cota média do topo dos obsc.áculos é considerada igual
a 3 , 0m.
CATEGORIA IV:
Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco
espaçados, em zona florestal, industrial o u urbanizada.
Exemplos: -zonas de parques e bosques com muitas árvores;
-cidades pequenas e seus arredores;
-subúrbios densamente consc.ruídos de grandes cidades;
- áreas i ndus triais plena ou parcialmente desenvolvidas.
A cota média do copo dos obstáculos é considerada · igual
a 1 0m.
Esta Categoria também inc lui zonas com obstáculos
maiores e q ue ainda não pos·sam ser considE> radas na Categoria v .
CATEGORIA V:
Terrenos cobertos por obstáculos numerosos , grandes.
ale.os e pouco e spaçados.
Exemplos : - f lorestas com árvores altas de copas isoladas;
- centros de grandes cidades;
- complexos industriais bem desenvol~idos.
A coe.a média do copo dos obst.áculos é considerada igual
o u superior a 25m .
19
' '
. '
É necessário então adotar uma
definição do fator s 2 para u ma edificação .
b) Di mensões da edi ficação:
cat egori a para a
As dimensões da edificação estão relacionadas
d i retamente com o turbi l hão (rajada) que dever á envolver toda a
edifica ção . Quanto m'! i or ê a edificação maior deve ser o
t u rbilhão que envolverá a edi ficação e por consequência me nor a
vel ocidade média.
Uma maneira d e compr e e nder este e f eito é como se
pudessemos ma ceria lizar a rajada do vento c omo um grande tubo que
envolverá a edificação . o tempo que este tubo irá dispender para
ultrapassá- lo será então cons iderado o tempo de rajada. É
evidente que quanto maior a edi f icação maiores deverão ser as
dimensões do tubo.
A no r ma brasi l e i r a def ine três class es de edificações e
seus elementos. considerando o s intervalos de tempo de 3,5 e 10s
para as rajadas . As cla sses estão transcri tas abaixo:
"CLASSE A: todas as unidade s de vedação, seus elementos de
fixação e peças individuais d e estn, turas sem vedação . Toda
.:,di f icação oc: pare e da edif icaçào na qual a maior dime11são
~ori zontal ou vertical d a superfic.ie frontal não exceda 20
rnetros _
CLA.SSE B , toda edif i cação ou part: e da edif i ca,;ão para a qual a
maior dimensao hor i zonta l ou vertical da superfície fronLal
•
esteja e11cre 20 e 50 met r os .
CLASSE C: Lo da edi ficação ou parte da edificação para a q ual a
maior dimensão horizontal ou vertical da superfície front:al
e xceda 50 mec 1Ds."
II. l.
ü c,Hculo de s 2 pode, ser obtido acravés da expressão
20
•
•
•
•
•
-~ (XI.ll
Z ·; o nde :
i: - é a altura acima do terreno ( l imitad o à a ltura
gradiente)
F r - fator de rajada correspondente a classe B,
categoria II
b - parâmetro de co~reção da classe da edif icação
p - par âmetro metereológico .
Os parâmec.ros Fr b e p adotados pel a norma brasileira
·estão apresentados na Ta bela II . l.
TABELA II . l - Parâmetros Metereológicos para o Fator s 2
CLASSE
" CATEGORIA g PARÂMETRO (m) A B e
I 250 b l,1.0 1. ,11.
1. , 12
p 0,06 0,065 O, 0 7
b l ,00 1. ' ºº l ,00
II 300 F l,00 0,98
O, 95
Pr 0,085 0 ,09 0,10
I II 350 b 0,94 0,94
0,93
p o, ro 0 , 105 0,115
IV 420 b 0,86 0,85
0,84
p 0,12 0,125 0 , 1 35
V soo b 0,74 O, 73
O, 7 1.
p O, 1.5 0,16 0,1.75
A Tabel a II . 2 apres;enta os valores de s 2 para algumas
al t uras das edificações .
,
•
•
"'
"'
z
(m)
s 5
10
15
' 20
30
40
50
60
80
100
120
HO
160
180
200
250
300
350
400
~20
450
soo
A
l, 06
1,10
l, 13
1,15
1 ,17
1 ,20
1,21
l, 22
1 , 2 5
l ,26
1,28
1,29
1 ,30
1 ,31
1 . 32
l, 34
..
. "
..
. .
. .
. .
I
CLASSE:$
a e
1,04 1,01
1, 09 1, 06
l , 12 1 , 09l , 14 l, 12
l , l. i l, 15
l, 19 l ,17
1,21 1,19
l ,22 l ,21
1.24 l, 23
1,26 1 , 2S
1 , 28 1,27
1,29 1 , 28
1, 30 1,29
.,
1,31 1, 31
l, 32 1 ,32
1 ,34 l,33
. . . .
.. . .
. . . .
. . . .
. . . .
. . . .
C A T E G O R I A
II III
CLASSES CLASSES
A B e A B
0,94 0,92 0,89 o, 8 8 o, 86
l ,00 0,98 0,95 0,94 0,92
l,04 1,02 0,99 0 , 98 O, 96
1,06 l ,04 1,02 1 ,01 0,99
1 , 10 1,08 1,06 1, os 1, 03
l,13 l,ll 1 ,09 l,08 1,06
l,15 l,13 l_, 1 2 1,10 1, 09
l,16 1, 15 l, 14 1 ,12 l,11
l, 19,1,18 1,17 1, 16 1, 14
l,22 1,21 l, 20 1,18 1 , 17
1,24 1 , 23 1, 22 1 ,20 1,20
1,25 1 , 24 1(24 l, 22 1 ,22
l , 2 7 1 , 26 l, 2S 1,24 1,23
1,28 1,27 1,27 1,26 l,2S
l,29 1,28 1,28 1,27 1 ,26
1,31 l ,Jl 1,31 1,30 1,2.9
l ,34 1.33 l, 33 1,32 1 , 32
.. .. .. 1,.)4 l, 34
. . . . . . .. . .
.. . . .. .. . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . .. . .
IV
CLASSES
e A B e
0,82 0,79 0,16 O, 7J
0,88 0,86 0,83 O, BO
o, 93 0,90 0 ,88 0,84
0,96 0,93 0 ,91 0,88
0,93 0,98 0,96 0,93
l,04 1 , 01 O, 99 º· 96 1 ,06 1 , 04 1,02 0,99
1,09 1,07 1,04 l ,02
1, 12 1,10 l,08 l , 06
1, 1 5 .1 , 13 l,ll 1,09
l, 18 1,16 1,14 1. 12
l , 20 l,18 1, 16 l, 14
1,22 1 ,20 1 ,18 i ·, 1i:
1,23 1 , 22 1,20 l, 18
1,25 1, 23 1,21 1,20
1,28 l,2'7 0, 25 0,23
l, 31 1 ,29 l , 27 l.26
1,33 1, 32 1,30 1.29
.. 1, 34 l, 32 l, 32
.. 1 , 35 1,35 l,J3
.. .. . . . .
.. . . . . . .
V
CLASSES
A li
o, 74 0.12
0,74
º· 12
0,79 o, 76
0,82 0,80
0,87 o,ss
0,91 0 , 99
0,94 0,93
0,91 0,95
1,01 l,00
1,os . 1,03
1,07 l, 06
1,10 1,09
i,12 .. l, 11
1 ,14 l,14
1,16 l,16
0,2{> 0,20
l ,23 1.23
l,26 1,26
l,29 1,29
1,30 l , 30
l,32 l , 32
l,34 l , 34
e
0,67
0,67
0,72
0 , 76
0 ,82
0 , 86
0,89
·o: 92
º· 97
.. 1., 0 1
1 , 04
l,07
1,10
l ,12
1,14
0 ,18
l , 22
l,26
l , 29
l,30
l, 32
l, H
~
!O
111
~
H
H
"'
;;;
...:
6
:,o
[r.
"'
"
'
••
•
•
•
..
,,.
II.3.5- Exempl os da Decermi.nação da Velocidade Característica
Al Velocidade característ ica do vento para um edi fício indu strial
(dimensões na Figura II. 6} a ser construído na cidade de São
Carlos em t erreno plano, zona industrial .
LI.V.
~
ov
e.>
oJ
-,.+~--~~ i[
+ .. 30,0
CORTE
1 i·
" COTAS EM .!!l
60,0
- -----J,-
PLANTA
FIGURA II.6 -Dimensões do Edifício Exemplo
V
o =
40rn/s
Fator s 1'
Fat.or S3:
Fator S2:
(iso pleta
s1 =
S3
de
1,0
l,0
velocidade - Fi gur a II.l)
(terreno plano)
(alc o fator de ocupação)
Direção e/O Vento 90° Direção do Vento 0°
H : 15 m
01 MENSÃO FRONfA L
6010
.. .... .. ·
CLASS E .t C ..
CA TEG OR I A 1Y
25
0
{}o.v.
' ,
H : l.5 m
01 ME NSÃO F"·~ONT AL
lO o,
CLASSf: ""8"'
CAlE C., OR IA :nr
1.
V K,l
, '
4 O l, O O, 83 l, O
v ; 33,20m/s K,l
40 1,0 0,88 1.0
V 2 = 35,20 m/s K,
T
Conclusão: Duas velocidades características em função
da direção do vento (D.V)
B) Velocidade característ i ca do vento para um edifício
habitacional e suas esquadrias, situado na cidade de Americana
(dimensões na Figura 1 1 .7 ) . Região categoria IV .
50 m 25 m
25 m
Figura II.7 - Dimensões da edificaçâo
Para o caso de edifícios com grande altura é possível
dividi-los em várias par tes e, a partir daí, calcul ar il
velocidade caracteríscica para estas partes, tomando como allura
de referência a cota superior de cada trecho. Este conceito será
ext:e nd i do c.ambém para as forças que atuam nas edificações,
assunto a ser apr esentado posteriormente .
. 26
•
• . -
•
-
-
-
Dados Gerais, - Categoria IV
- Classe B
- Divis ão da altura em 5 partes
~
~
~
~
~
B.1) Velocidade caracterist ica para a edificação :
v 0 45m/s (Isopletas de velocidade Figura I I.l )
1,0
1,0
(Terreno p l ano)
(edifício habitacional - alto fator de
ocupação) .
s 2 = determinado por trechos.
Resultado de Vk para cada trecho .
TRECHOS H. s1 S2 S3 VK '-(m) (m/s)
l 10 1,0 0,83 1, 0 37 , 35
2 20 1,0 0,91 1, 0 40 , 95
3 30 1,0 0,96 l, o 43,20
4 4 0 l,O 0,99 l,0 11,55
5 5 0 l, o 1,02 l, o 45,90
27
' .
Result:ado de Vk
45,90
/ 30m ITJ
44,55
20m [TI
43,20
lOm
o:J
40,9
B.2) Caixilhos e elementos de vedação:
Para estes elementos a NBR-6123 recomenda adotar altura
máxima:
V = 15m/s o
s 1 = 1,0
s 2 = 1,02 (h = som, classe A)
S 3 = 0,88 {elemento de vedação)
VK = 45 l 1,02 0,88
28
VK = 40,39 m/s
•
•
•
•
f"/
II.3.3 - Fator Estatístico s 3
O fator estatístico s 3 está relacionado com a segurança
da edificação considerando, para isto, conceitos probabilí sticos
e o tipo de o cupação.
Para tanto a NBR- 6123 estabelece como vida úti l da
cdif\cação o período de 50 anos e uma probabilidade de 63% da
velocidade básica ser excedida pelo menos uma vez neste período.
A Tabela II.3 apresenta os valores sugeridos pela norma
braGileira.
TABELA I I . 3 - Valores Mínimos para o Fator s 3
GRUPO DESCRI ÇÃO S3
Edificação cuja ruína total ou parcial pode
afetar a segurança o u possibilidade de so- -
l corro a pessoas após uma tempestade destru- 1,10
tiva (hospitais, quartéis de bombeiros e de
for ças de segurança, cencrais de comunica-
ção, etc)
Edificações para hotéis e residênci.is . Edi-
2 ficações para comércio e indústria com a l to 1,00
fator de o c upação_
Edificações e instalações industriais com
3 baixo fator de ocupação (depósitos, silos, 0,95
construções rurais, etc)
4 Vedações (telhas, v i dros, painéis de veda- 0,88
çâo, etc)
5 Edi f i cações temporárias. Estruturas dos 0,83 '
Grupos l a 3 durante a const rução.
A expressão II.2 permite a adoção d e outros parâmetros
est a t ís t icos na determinação do fat or est at í stico s3 . .
;, 0. 54 [ ~ ( II. 2)
o nde:.
23
,
, '
P - Probabilidade considerada m
m - período de retorno adotado
Na Tabela :11 .4 é possível obter a l guns valores para
determinados períodos de retorno e várias probabilidades de
ocorrência do vento .
TABJ,LA rr . 4 - Valores de s3 pa·ra Diferentes Pe ríodos de Retorno
e Probabilidades
p
V 1 e d s3 m a o r s e
m 0,10 0 ,20 0,50 0,63 0,75 0,90
2 0, 86 0,76 0,64 0,60 0,57 0,53
10 1 ,10 0,98 0,82 0,78 0,74 º· 68 25 1,27 l ,13 0,95 0,90 o.as 0 , 79
50 l, 42 1 , 26 1 ,06 1,00 0,95 0,88
100 1,58 l., 11 1 ,18 l., ll l,06 0 , 98
200 1 ,77 l, 57 1, 31 1,24 1,18 l ,09
IL 3 . 4 - Comentários Gerai e
A determinação dos fatores s1. S2 e S3 deverá ser
sempre adequada ãs carac terísticas da edificação e do terreno,
procurando reproduzi r .estas condições.
É: interessante
velocidade característic a ,
sa l ientar que a determinação da
isto é, a velocidade na qual estará
adequada uma dada situação do edifício e do ter reno, nada mais é
do que a correção d e uma velocidade padrão (V
0
) para e stas
condições particulares.
A NBR-6123 estabel ece duas outras condições que deverão
ser consideradas,
a) Transição de categorias de rugosidade;
b) correção do tempo de rajada para edi ficações com superf ícies
frontais supe~iore s a 80m.
Estas considerações estão apresentadas na norma
b r asileira e irão corrigir o fator ·s
2
.
24
•
'
l
•
•
•
•
9
..
: .
CAPÍTULO III
COEFICIENTES AERODINÂMICOS E AÇÃO ESTÁTICA DO VENTO
III .1- Breve Fundamentação Teórica
III. l . l- Teorema da Conservação da Massa
De maneira bastante simplificada pode-se dizer que para
um fluído incompressível e num regimede escoamento permanente, o
volume que passa e m qualquer seção de um tubo de corrente é
conscant:e. A Figura III . l ilustra um tubo de corrente para um
[luido.
Seção A l ~11
', p
1 ( Az
Seçõo B l v2
---.....,...,---·, P,
-- ~:-, -------+-+---
-- - -4- - - ;;,.,.- -- - ~-~-
'
r:'IGURA III.l Teorema da Conservação da Massa
29
,
r
, '
Baseado na Figura II I.l e admicindo a hipótese de
incompressibilidade do ar (hipótese válida para velocidades
menores que 300km/h): pod~- se escrever:
Pi Alvl = P2 A2V2
como
(fluído incompressível)
(III.l)
A part ir do teorema acima exposto é possivel afirmar
que partículas de um fluído de mesma velocidade descrevem a mesma
trajetória, sendo esta a definição das linhas de fluxo .
Sabe-se também que a aproximação das linhas de fluxo
indicará aumento de velocidade, e seu afastamento, diminuição .
Este conceito é extremamente importante para compreender os
aspect os fís i cos que serão apr~sentados a seguir .
A Figura III.2 ilustra, csquematicamence, as linhas de
fluxo num edifício tipo duas águas.
o o
FIGURA III.2 - Linhas de Fluxo para Tel hado Duas Águas
III.l.2- Teore1na de Bernoulli
Apresenta~se, de maneira suscinta, uma recordação do
teorema de Bernoulli. Para um fluído incompressível e um fluxo em
regime permanente pode - se dizer que a soma das pressões estática,
dinâmica e piezométrica é constante. A equação III.2 ilustra este
teorema.
30
••
. '
•
•
..
..
...
onde
+ p v2 + P + p g z = constante
P = Pressão estáti c a
V= Velocidade
g r aceleração da gravidade
p massa específica do ar
z =cota do ponto considerad o.
(I I I .2 )
Este teorema é válid o para uma mesma linha de fluxo se
-o escoamento é rotacional e entre dois pontos se o escoamento é
irrotacional.
No caso da ação do vento em edificações é possível
desprezar a pressão piezométrica. Pode-se então dizer qu~ :
Pressão dinâmica + Pressão estática = constante, ou
seja:
constante
III.1.3 - Pressão Es t ática
Podemos aplicar o Teorema
esquematizada na Figura I II .3.
( 1 )
(III . 3)
de Bernoulli para a situação
PIGURl\ I I I.3 - Teorema de Bernou ll i
;'
~~--------------.................
' 1
Ponto (l) e (2)
l 2
p2 l pv; como v 2 = o 01;:>temos Pl.+ -2- pVl = + ~
P2 - pl ~ l
- 2- p ~ ou seja
llP ~ + p~ = g
O ponto 2 tem a particularidade da velocidade ser nula
e o denominamos de ponto de estagnação. Define- se, com isto, o
parâmet ro q, pressão de obstrução que nada· mais é do que a
pressão obtida num dado ponto onde só existe pressão estática,
sendo este ponto particularmente interessante nas aplicações da
engenhar ia civil.
Sabendo que a velocidade V
1
nada mais é do que a
velocidade característica do vento para uma edi.ficação, obtemos
então a p ressão de obstrução .
o btemos:
1 . .Z q ª -2- P vk (III.4)
Substituindo o valor de p = massa específica do ar
12,022
p Q 9,8066
q = 0 ,613 11c
2 q = 0,061.3 vk
l, 226 Ns2 /m4
(N/m2 ) ou (III.5)
(kgf/m2 )
Cabe salientar a importância da pressão de obstrução,
poi s será utilizada como um padrão para todos os demais pontos
onde deseja-se determinar a pressão estática total, enfatizando
que esta pressão é perpendicular à superfície da estrutura.
32
; '
•
•
•
•
•
•
•
..
..
-
-
-..
..
..
..
..
..
&.
..
..
..
..
•
III.2- Coeficiente de Pressão
III.2.1- Coeficien te de Pressão Externa
Para def inirmos o coeficiente de pressão externa (Ce)
aplicaremos o teorema de Bernoulli entre os pontos l (vel ocidade
caracte rística) e o ponto 3 (onde existe pressão dinâmica),
ilustrados na Figura III. 3 .
Porr.anto :
. .
...
Pl+ l p~ P3+
l 2
- 2- = -2- pV3
ree s crevendo: ....
P3 p =
1
p~
1 P'S -
"'T - "T l
P
1
,ou seja, a diferença de pressão estãtica ,
Como v1=Vk, reescrevendo :
6P l
-2-
2 ~ pv:k ( 1 - - -
v2
k
Substituindo III.4 em I II.6 obtemos
6P
~
= q <1- v2
k
Define- se Ce como:
(1 -
v2
_ 3_ )
{
(I II.6)
( III , 7 )
A análise da expressão do coeficienc.e de pressão
e x t erna permic.e obs e rvar que, se for possível medir a vel ocidade
no ponto verificado e a veloc i dade car acterísti c a , det.e r mi na-se
33
' '
, l
este coe ficiente.
Este coefic iente, a ser aplicado a um ponto da
superfície, pode ser obti.do, para as várias formas de edificação,
atra vés de ensaios de protótipos no t únel de vento.
Na realidade, nestes ensaios mede- se as pressões que
pressão gerada atuam em vários pontos dos protótipos, bem como a
pel a velocidade característica e associando-as
às velocidades. 3
respeci:ivamente,
As f otos 3 e 4 ilustram o túnel de vento da
Universidade Federal do Rio Grande do Sul, onde o Prof . Joaquim
Blessmann :·desenvolveu parte de seus trabalhos cujos resultados
foram incorporados à NBR 6123 .
Foto 3: Vista geral do Túnel
de Vento da UFRGS
Foto 4: Vista interna do
Túnel de Vento . Modelo po-
3
sicionado e destaque
os ressaltos do piso
para
des-
tinados a obter o perf il do
vento desejado
Maiores detalhes sobre os mecanismos de
em protótipos ver BLESSMANN, J.
Construções", série Engenharia Estrutural
UFRGS, 1 983, 255p.
31
•
medição de pressão
"Aerodinâmica das
- Ed . Universidade,
•
•
•
•
• ..
~
..
..
focos 5 e 6 estão ill,st:i.-ador: ouLro,; ,·1nd,); Os
,·ll5di::1do!-; pe.l(, Prof. Hlessma1Lr1.
Foto 5: Exemplos de modelos
e nsaiados pelo Prof, Blessmann
Foto 6 : Destaque para o mo-
delo de uma edificação com
cobertura em cúpula
Ntls fotos 7 e 8 apresencu.m- se. respect i vament.e. o
modelo e o edif í cio construído da sede do Citybank .
Fo10 7: Modelo do edifício
~. d ,.. de.'\ e i e. ybank
( . .
35
Foto 8: Edifício cons1:1-ufdo
etn São Paulo
T
Através desta metodologia, a NBR-6123 aprese ntv. uma
série de tipos de edificações com os respectivos valores de Ce.
Cabe agora observar q ue a ~orça externa para uma dada
s uperfície será: : .
(III . 8)
onde :
Fe força externa
A= área da superfície analisada .
Os valores de ce, podem ser obtidos ponto a ponto,
porém o cálculo seria extremamente complicado e as normas
t écnicas recomendam valores médios para a s superfícies que
compõem uma edifi cação.
A Figura III.4 esquematiza , respectivamente, os valores
do . coeficiente
médios em cad;,;
duas águas.
a)
1 •' \ ...
.,. ...... ~ ...
de pressão e observados em ensaios e os valores e
superfície plana para um edifício com telhado tipo.
(]lo .. ' I . ,'
' I
FIGURA III .:.; __ :., Óistribui ção f~quemát i ca do _ce~
---
-----· ....... ~-
Como pode ser observado na Figura III.4, a distribuição
do C aprese nta valores elevados em pequenas regiõe s das paredes e
e dos telhados. Se para o dimensionamento de toda a ·estrutura os
valores médios do Ce, representados no item b), são muico
razoãveis, p e rmít i ndo assim faci l itar o cálculo, os val ores
36
•
; .
elevados de e
e
não podem ser simplesmente ignorados .
Para efeito de dimensionamento de partes da estruc.ura
(telhas, caixilhos,
altos valores de
ou mesmo terças) é necessário adotar estes
ce (a
médio) .
NBR 6123 adota Como nome para estes
coeficienc.es, e pe
Observou- se que os maiores valores
com o vento inclinado em relação a estrutura
de Cpe médio ocorrem
(normalmente qsº).
A e xpl icação para e,:;tes valores está na formação localizada de
v9rtices sobre o t elhado e paredes . A Figura III. 5 ilustra este
aspecto .
/
a) Vórtices
valores
que i rão geraraltos
de ce
bl Regiões de cpe médio
FIGURA IlI .5 - C Médio pe
A título de curiosidade, a Figura III.6 reproduz curvas
isubárJ c.:a:; para um edifício em telhado tipo duas águas obtidas '""'
úns:.iioi: n,1 Universidade de Iowa, estados Unidos.
37
._y
•
!
:1 ' ·
-~
• ~·
. . . ~ r'
.. ___ ~
·--· ...... . .::::--~~
·~"":-- :::: ~- .... _-: - - --·
'
'
-o., ..
, '
. _,<:... ~~ ··~- '/ ..• ,,_ 7,..J ·~~~~ __ '.:·_ . ............. ... _ . .
,t .. -~,,.;.. .... Q ·.' ·. --- "\' -.~ ,/'"''-
?L>;.~.7. O a.:.;.o=::-, ;)}tj / ) ; .•• - V
,......_. - }///, '//#/ -- , (' '-- - - --
' ~ ~:: ·, . ................
• . í !I
- , :..
~ 1:1 .:. ..
.. '
i I
~".. ·-- .. --....:..-..., íl
- ·- ' :: J
. / /
. _,,,, . ,~ :
· 1 1
• ('
. -.
i.: ... ,·
FIGURA I II . 6 · Curvas Isobáricas de ce (Universidade de Iowa)
No Anexo I' estão reproduzidos os valores de e
e recomendados pela NBR 6123 para vãrios tipos de edificações. Nas
Figura III. 7, 8 e 9 e Tabelas 4,5 e 6 estão reproduzidos os
valores de Ce, respectivamente, para paredes, telhado t:ipo uma
ãgua e t:elhado tipo duas água si especificados pela NBR 6123 .
38
•
1
1
1
1
1
•
•
... TABELA 4 - Coeficiente de pressão e de forma, externos, para paredes de edificações
._ de p lanta retan·gular.
~
....,
. ' . Altura Relativa
. b .
h vt\ a 3 1 < -< -- b - 2
,O,Zb ou h a (o menor dos 2) 2~b~4
h 1
b " 2
..
. .
. .
..
'
·.· a
"
.,
1 < - < -
-b - 2
1 h 3
') b 2
' a
-·
? :, - :, 4
- b
: :\ 3 1< - < -
- b - 2
j h n ? b a
2 5b54
b/.~ ou o / 4
( o N,o to , dos 2.
porem , 2h }
~
-·
ex ~ oo
A 1 e A2e e
B 1 ,,-B2
-0,8 -0,S +0,7
-0,8 -0,4 +0,7
-0.9 -0,5 +o,7
-0,9 -0,4 +0,7
-1 ,0 -0,6 +o,8
-1 ,0 -0.5 +o8
' ' ' '
A, e B,
'\2 82
·-
D
1 . ... ..
Valores de Ce para --Cpe 1nédio
a a 900 .",,·.,· . ·,· (!:/; ... . (.
D A B C1 e C2c
D1 D2
-0,4 +0,7 -0,4 -0,8 -0,4 -0,9
-0,3 +0,7 -0,5 -0,9 -0,S - 1,0
-0,5 +0,7 -0,S -0,9 -0.5 - 1.1
-0,3 +0,7 -0.6 -0,9 -0,5 - 1, I
-0,6 +0,8 -0,6 - 1,0 -0,(, . I.:?.
-0,3 +0,8 -0.6 - 1.0 -0.(> -1.2
2h ou b/7.
~:.(v rn eno, do s 2)
,. . -,
••
•
9 0·
- ·· ·-A 8 - o
, D 0 2 ,
-·'-:..'~ ~ ~
.r
'
b
39
' .
. ' '
Notas referentes à Tabela 4
NOTA. l - Para a/b entre 3/2 e 2, interpolar linearmente. •
NOTA 2 - Para vento a o0 , nas partes A e B o coeficiente de
forma Ce tem os seguintes valores: a/b l (valor das partes A
2
e
B2 ) a/b " 2 : Ce = - O, 2 l < a/b < 2: interpolar linearmente
NOTA 3- Para cada uma das duas incidências do vento (oº ou 90°)
o coeficiente de pressão médio ext erno, cpe médio, é aplicado à
parte de barlavento das par edes paralelas ao vento, em uma
distânci a igual a o, 2b ou h, considerando- se o menor desces
valores
NOTA 4 - Pa ra determinar o coeficiente
usado o gráfico da Figura 4 (vento de
Figura S (vento de alta .tu:r:bulência )
de arrasto, C, deve ser
a
baixa turbulência) ou da
TABELA 5- Coefi cientes de pressão e de forma, externos, para
t e lhados tipo uma água
40
•
•
1
1
J
)
r
" e.
8 TABELA 5 - Coeficiente de pressão e de forma. externos, para telhados tipo uma água
#
"i
.. ,
, O,>b
,;'-
b_ -
. f 1 A • i
' i- ! '.-1-- -- T! y z. ~,· __ili.: 1L • • L 1 1. . i
,,. li ! 1
':'1: .. 1~1:. . '
'%: J /1 y "'º •"
CORTE A-A
,.0_1 b.,/
·'<
... ,,;0.1 b
' ' .
· 'f·"· ·o· ;·-, . ..: .
venlo
h
'
y = h ou O, 151) (tomar o menor dos dois valores)
As superfícies H e L referem-se a todo o respectivo quadrante.
Valores de Cc para ângulo de incidência do vento de
a 90º (C) 450
ºº
H L H L HeL HeL
(A) (B)
50
· 1.0 -0,5 • J ,O -0,9 -1,0 -0,5
100 -1,0 -0,S
-1,0 -0,8 -1 ,0 -0,5
150
-0,9
-0,S -1 ,0 -0,7 -1 ,0 -0.S
20º -0,8 -0.S -1 ,0 -0,6 -0,9 -0,5
25º -0,7 -0.S -1,0 -0,6 -0,8 -0,S
JOO
-0,5 -0,S . J,0 -0,6 -0,8 -0.5
e Cpe médio
Ht H2 L1
50
·2,0 · l ,S ·2,0
10º -2,0 - 1,S -2,0
150 · l ,8 -0,9 - 1,8
200 · 1 ,8 -0,8 - 1,8
25º · 1,8 -0,7 -O,?
JOO
- 1,8 -0,6 -0,S
(A) Até uma profundidade igual a b/2.
(B} De b/2 atê a/2.
L2
· 1 ,s
-1,,S
- 1,4
- 1,4
-0,9
-0,S
-450
-90º
H L H L
-0,9 - 1,0 -0,5 -1 ,0
-0,8 - 1,0 -0,4 - 1,0
-0,6 -1,0 -0,J -1 ,0
-0,S -1 ,0 -0,2 • 1,0
.. o,3 -0,9 -0, I -0,9
-0, 1 -0,6 o -0.6
HE LE.
-2,0 -2,0
-2,0 -2,0
-2,0 -2,0
-2,0 -2,0
-2,0 -2,0
-2,0 -2.0
(C) Considerar valores simétricos do outro lado do eixo de simetria paralelo ao vento
Nota· Para vento a o•. nas partes I e J (que se referem aos respectivos quadrantes) o coeficiente de forma
e. tem os seguintes valroes: a/b ; 1 - mesmo valor das partes H e L a/b = 2 - Ce = -O .2 .. interpolar
frncarmente para valores intermediários de a/b.
41
' .
. ' , •
TABELA6- Coeficiente de pressão e de forma, externos, para telhados tipo duas águas
Altura relativa
~-, OET. 1
_,<fO '?r - '\<
: \f-·--Íh
. b ;.
-!'
h 1
b " i
<"'r
1
t
h
1 l _ t 1
- ·-
: b }. ·}!·.
1 h 3
·2-< .b {, 2
/"-....-. .
1 : ;
1
' !
.,
1
: '
h
a.• __ _;_ _ _ _
,}<h;; s
2 b
0
O"
s·
10'
15°
20•
Jo•
45•
60'
O"
s•
1 O"
is·
20'
30"
45'
60'
o•
5•
10•
is•
20•
30'
40"
50'
60'
/~
- ·-y ! ~º· '~ !"
;-- -
O( rALHE 1
valores de e .. para
o. = 9Qo CA) a • Oº
EF GH EG FH
-0,8
-0,4 -0,8
-0,4
-0,9 -0,4
-0,8 -0 ,4
•l,2 -0,4 -0,8
-0.6
-1,0 -0.4 -0,8
-0,6
-0.4 -0.4 -0, 7 ·0,6
o -0,4 -0,7 -0,8
+0,3 -0,S
-0.7 -0,6
+0,7 -0,6
-0,7 -0,6
-0,8 -0,6 · 1,0 -0,6
-0,9 -0,6 ·0,9 -0,6
-1,1 -0,6 · 0,8 -0,6
-1,0 -0,6 -0,8 -0,6
-0.7 -0,5 -0,8
-0.6
-0,2 -0,S •0,8
-0.8
•t,0,2
·0,5 -0,8 -o,g
+o,6 -0,S -0,8
-0,8
-0,8 -0,6 -0,9 -0,7
-0,8 -0,6 -0,8 -0,8
-0,8 -0,6 -0,8 -0,8
-0,8 -0,6 -0,8 -0,8
-0,8 -0,6 -0,8 -0,8
.. J ,O ..ois -0,8 ..O, 7
-,02 -0,5 -0,8 -0,7
+0,2 -0,5 -0,8 -0,7
+0,5 -0,S
-0,8 -0,7
. '
e,. médio
~ ~ t=.'···=-·7'i:i ;. . ..
.. ~.o
-1,4
-1,4
-1,4
-1,0
-0.8
--
-2,0
-2.0
·2,0
• l,8
- 1,8
.. 1.0
--
·2,0
-2,0
-2,0
-1,8
-1,5
- 1,S
-2,0
-1,2
- 1.~
-1 ,2
- -
-2,0
-2.0
-2,0
• J ,5
-1 ,5
--
• l ,8
-1.5
-2,0
:1 ,2
- :
-2.0
-1.S
-1.S
- 1,S
- 1,S
- -
-2,0
•I ,5
-1,5
- 1,S
- 1,S
'
·-
-1,0
\ · J.2
-1.2
-1.2
-1.1
- 1, I
-1, I
-
-1.0
-1,2
- 1,2
- 1,0
-1.0
--
.,.o
-1,2
-1,2
-1,2
•Z::t.ti'
1
• -11b/3 ou o/•
··--4--ol. ( o moior dos 2.
F . H ; porlim e Zh)
! 1 '
, - ,.,_·; jo>b . :
f I l J . ; y::h ou 0 , 1 Sb j ! 1 ~ (o m enor dos 2 )
, .--1-~ --...i.
~ b l
Nota: a) O coeficiente de forma e. na face inferior do beiral é igual ao da parede correspondente.
b} Nas :,:onas em torno de partes de edifteaÇôes salientes ao telhado {chaminés. reseIVatôrios,
torres. etc.) deve ser considerado um coeficiente de forma C, = 1.2. até uma distancia igual a
metade distância.
42
•
'
~ 3
~
iillll
iilil
fjllil
(i,1111
Q.11
QII
Qill
"" e..
~ §
.J
.,
·1 3
Notas referentes à Tabela 6 r, 'tJ'
'"
Nota 1- O coeficiente de forma Cena face inferior do beiral é
igual ao da par ede correspondente .
NOTA 2 - Nas zonas em torno de partes de edificações salientes
ao telhado (chami nés, reservatórios, torres, etc . ) deve ser
considerado um coeficient e de forma C a - 1,2, até uma distância
. e
iguala metade da d imensão da diagonal
NOTA 3 - Na cobertura de l anternins , c
da saliência em planta.
médio= - 2,0.
o pe
NOTA 4 - Para vento a O , nas partes I e J o coeficiente de
forma Ce tem os seguintes valores: a/b e l : mesmo valor das
partes F e H; a/b" 2: Ce -0,2. Interpolar linearmente para
valores intermediários de a/b.
III . 2 .2- Coeficiente de Pressão Interna
O coeficiente de pressão interna está diretamente
associado ao fato que as edificações, em sua grande maioria, çj!m
aberturas onde o vento pode adent rar.
A anál ise do coeficiente de pressão externa, obtido com
base no Teorema de Bernoulli, permite concluir que este é
decorrente principalmente das características aerodinâmicas da
edificação. Com i sto fica claro que, externamente, nas paredes e
telhados podemos ter sobrepressões e s ucções .
O coeficiente de ,pressão interna ser~ obtido a partir
das sobrepressões e sucções externas que irão atuar nas várias
aberturas da edificação .
A Figura II I .10 ilustra os efeitos de aberturas a
barlavento (de onde vem o vento) e de sot avento (ct·e onde sai o
vento) e é evident e que,
sobrepressões inter nas e para o
' '
•
para o
segundo
43
primeiro caso, tem-se
sucções internas.
. '
o/ Abertura o Barlavento
' •
D.V. o
.. o
o
o
SOB REPRESSÃO
b) A be r! uro o Sol ove nlo
(XT!ANA
,, ·~
. ··'----
,....,-
D.V.
..
., .
o
o
o
o
o
o
FIGURA III .10- Coeficiente de Pressão I nte r na
Barlavento e a Sotavento
; ;_,,;>,
INTERNA
SUCÇÃO
I NTERNA
Abertura a
Com base nas duas figuras anteriores, fica evidente que
o coefici ente de pressão int e r na será obtido em função das
·dimensões, loca l ização das aberturas e da direção do_ vence . As
condições de abe rtur a, ou seja, a permeabilidade de cada face da
edi ficação é q ue permitirá obt er os valores do coefic iente de
pressão interna.
O concei to de permeabil i dade está associado à presença
de aberturas, est.ls podem ser decorrentes de janelas, portões,
f r estas no próprio assentamento de ceihas e não se descartando as
abercuras que porventura possam ocorrer decorrentes de danos e m
elementos da cobertura, paredes, vidros , etc .
Pode - se, de uma maneira até pouco técnica, dizer q ue a
pressão média i nterna na edificação será o "quanto" de ar que
entrou menos o que "saiu 11 •
Os e studo s teóricos e experimentais permitiram concl uir
44
' .
•
r. .
que a pressão interna está diretamente associada à vazão do
fluído na região da abertura que pode ser expressa por:
Q = K A p v (Il!.9)
onde Q - vazão volumétrica na abertura
A - área da abertura
p - massa específica do ar
v - velocidade do ar na abertura.
A velocidade do ar na abertura pode ser obtida por:
(III.10)
Como pode ser observado, a solução da equação III. 10
exigirá aproximações sucessivas para a sua determinação . Este
cálculo está exemplificado no Anexo D da NBR 6123.
A expressão III .10 indica claramente a influência da
região da abertura e do coeficiente de pressão externa, porém do
ponto de vista prático, será muito difícil calcular o coeficiente
de pressão interna. A NBR 6123 apresenta então, uma série de
situações de abertura e permeabil idade para faci l itar este
cálculo .
Descreve-se, a seguir, os principais tópicos referentes
ao coeficiente de pressão interna prescritos na NBR Gl23.
-Definições:
a) Elementos impermeáveis: lajes e cortinas de concreto, paredes
de alvenaria, bloc?s o u pedras sem nenhuma abertura;
bJ Í ndice de permeabilidade: é a relação entre área das abertu~as
e a área total da superfície considerada;
e) Abertura dominante: abertura com área igual ou superior à
soma das áreas das ,outras aberturas da edificação.
d) a pressão interna é considerada uniforme e atua sobre cedas as
faces;
e) o sinal . positivo de Cp:{ indica sobrepressão interna ;
[) O sinal negativo de Cpi indica sucção interna.
45
. . '
-Ítens, da NBR - 6123
Valores de cpi'
' a): Duas faces
a-1.) Vento
opostas· permeáveis e as outras
perpendicular a face permeável
impermeáveis:
cpi = +0,2
a-2) Vento perpendicular a face impermeável
cpi
b) Quatro faces igualmente
b-l) Adc:;,tar
permeáveis:
C. a - 0,3 Pl. ou e . = o pl.
c) Abertura dominante com as outras faces permeáveis
c -1) ~.bertura dominante na face de barlavento:
-0,3
Relação entre a área da abertura dominante e a área
total das aberturas succionadas nas outras faces:
Relação de Áreas coi
l.' o +0,l
l,5 +0,3
2,0 +o.s
3,0 +0,6
6,0 +0,8
c - 2) Abertura dominante na face de sotavento
Cpi = Ce correspondente a face de sotavento que contém esta
abertura.
c-3) Abertura dominante nas faces paralelas ao vento.
c-3.l) Não situada em zona 9e alta sucção externa:
Cpi = Ce ~~~!~spondente à região da abertura nesta
c - 3.2), Situada em zona de alta sucção externa.
Relação entre a área da abertura dominante e demais
áreas de aberturas succionadas externamente.
46
•
••
•
l
Relação
Áreas
entre e pi
O, :25 -0,4
0, 50 -0,5
0,75 -0,6
l' o -0,7
1,5 - 0,8
~3,0 - 0,9
Not.a: Zo!las de alta sucção externa são indicadas n a s t abelas de
ce e denominadas na NBR 6 123 como cpe médio.
A determi nação dos coeficient es de pressão interna deve
s e r feita de manei ra a reproduzir , o mais f ielmente possí vel, as
condições gerais e as possibil idades de abertura numa edi_~_icação.
Esta análise deve ser criteriosa, ºbuscar 11 situações
exc.remas não parece ser a mais indicada para este índice .
Exempl i ficando, a probabilidade de, num dec.erminado edifíci o, só
t e r j anelas abertas e em sua totalidade numa única f ace, com o
ve nto normalizado (P = 63~ uma vez a cada 50 a nos), e ser est a a
d i reção considerada, parece ser uma hipótese exager ada do ponto
de vis ta de probabi lidade de ocorr ência .
Por outro lado é conveniente ressaltar qu~ as ale.as
sobrepressões internas advindas das aberturas a barlavenco têm
ori ginado uma sér ie de acidentes, portanto é conveniente dar ao
Cp i um t ratamenco o ma i s :r;ealista possível . Cabe ao engenheiro
d e f inir . com clareza, todas as suas hipóteses.
I I I.3 - Coeficien t e de Pressão
Após a definição dos coefi c i enc.es de pressão e xterna e
incerna é nece ssário calcular a força que irá a t uar numa dada
superf'ície de uma edifi cação .
Sabe - se que a for ça do vento dependerá da diferenç a da
l)t"e ssão nas face s opostas ( interna e e xterna ) d a pa re.e da
47
' <
•
edificação
coeficient e
' ,
considerada
de pressão
e,
que,
para isto,
multiplicado
pode - se
pela área
de terminará a força atuante nesta _parte da edificação.
6P • LIP e - LIPi
onde llP - pressão resultante
LIP -e pressão externa
LIP. -
l. pressão interna
o que permite obter
llP a (Cpe - e . > q p1.
ou reescrevendo
llP ; e g p
definir o
analisada,
(III . 12)
CIII.13)
O que permite concluir que a pressão será a soma
vetoria l dos coeficientes
multiplicada pela pressão de
de pressão
obstrução (q).
int erna e externa,
Este coeficiente será ·aplicado em cada superfície que
compõe uma edificação objetivando determinar as situações
crit icas para a estrutura em questão.
É conveniente ressaltar dois .aspectos importantes:
a> O coeficiente de pressão para urna dada parte da estrutura
advém de uma determinada direção que deverá ser a mesma para o
• cálculo dos demais coeficientes;
b) É necessário obter as condições do CP crítico para "todos" os
e lementos que compõem uma estrutura . Exemplificando, para o caso
de uma treliça de cobertura é necessário analisar os ventos queresultarão em solicitações máximas quer de sobrepressão quer de
sucção . .
48
•
-· •,' f'',
'
III.2.i- Exemplo
A) Oecerminação do coeficiente de pressão para o edifício
industrial (dimensões e especificação abaixo), situado na cidade
de São Carlos e destinado a uma industria com alto fator de
ocupação.
Coeficientes de vento - Telhado Duas Águas
l ) Características do Edifício :
CORTE
-~ 10.-!
j_ zoooo (bl 1
+ o.v ,o·
- - .J<
o
1
1
1
LPORTÃO
~
1
k
16 mi
D.v.,90•
..
1 'L · JANELAS (6mz/JANELA1
I''
PLANTA
2) Velocidade característica VK:
11 ,
..I~
a) v0locidade Básica: Localidade - São Carlos
V = 40m/s
()
l.i) l .. êl tor topogríi fico s1 : Topografia comum
s 1 = 1, o
( ' ) l~ \1<ios idade de ·rerreno s 2 :
49
' < ,
•
Categoria IV : Área industrial
"Classe Bº
Altura da Edif i cação: lOm.
s 2 ~ 0,83
dl fator Estatística s 3 :
s3 = 1,0
e) Velocidade característica
VK = 40 1,0 0,83 1,0 = 33,2m/s
3) Pressão de Obstrução:
q = 0,613;/~ q a 675, 6N/m2
2 q = 0,68kN/m
4) Coeficiente de Pressão Externa ce
4 . 1) Vento a 90° h ª·ºº
-i;- = 20 =
- 1.2 \
0,4
e = 10°
O.V.
..
+0,1
----
-o.s
+0.7
•
-
i 10,0 __ ,__1_o.o _ ;.~
-0.9i
-1,20
0
t - 0,9
, -o,s
- o.~
0
t - 0,5
5 0
Meno, ('n1t c
o,:;
- -
ê h~ \6,0m
t- : 10,0 m
'• ', {
2, O
•
•
•
•
~
1.2) Vento a oº
D.V.
~1 I= + -05 0'
10 l ID 2
1 'r·3 !-0,41 -o.d 1 :
Sei:ão 1- 1
'
-0,B : - 0,6
-0.2
0 1 0 0
+0,7 ' - 0,3 1
- -
:;)
'
0 0
-o.e
'
-0,6
- 0,2
. Seçã o 2-2
-Ob servar que os valores dos coeficientes de Pressão Ext e rna (Cel
des tinam-se ao dimensionamento das tesou ras e dos pilares.
- Cas o algum elemento estrutttral (Ex:
alto valor de sucção (C médio), pe
di ,nensionado com tais valores.
terças) , esteja numa zona de
este ~lemento deverá ser
-No cálculo dos coeficientes ext ernos deve -se
valores máximos de sobr e pressão e sucção.
procurar os
5 ) Coef icience de pressão i nterna :·
5 . 1) Duas faces permeáveis e as outras imperm~áveis - não 0~orrP
51
' <
•
5 . 2) Quatro faces i gu·,>lmente
(Nota: Esta s i tuação é possível
frestas ent:re,a
vento a 90°
al.venaria
'o e O ----,
' l
pern1ec:ivei s.
poi s no oitão sem portã o existirá
e as t elhas) .
cpi = -o ,3 ou cpi = o
5 .3) Abertura dominante com as outras f aces permeáveis
-Vento 90°
a) Abertura dominante na
face de barlavento:
Abertura dominante : 3 janelas
próximas
Ad = 18m 2
Demüis Abert uras:
- 1 janela sotavento
- f restas portão (5% de área)
- f restas oitões (10cm)
A • 6 + 0,05 16 + 2 20 0,1
A = 10, Bm2
relação entre a abertura domi-
nante e demais aberturas succi o -
nadas.
Ad 18
~A = ~ ~ a 1 ,6 = 1 ,5 10 ,8
e. = +0 ,3 pl.
-Vento a oº
a) Abertura dominante na
face de barla vento :
Abertu ra dominante: portão
Aa = 16m2
Demais Aberturas:
- 1 janela succionada
-frestas oitões
A= 6 + 2 20 0,1
A 10,n2.
relação entre abertura domi-
nante e demais aberturas.
Ad 16
l, 6
-r = 10 a
cpi +0 ,3
bl Abertura dominante na face de b) Abertura dominante na face
sotavento de sotavento
Abertura domi nante: 3 janelas Abertura dominante: portão
C . = Ceda face de sotavento p 1.
cpi = - o,s
•
52
e . ce pi
cpi = - 0,2
.. ,_ ,. .
j
r-
;..."' ·
. '
..
. .
5.4) Abertura dominante em face paralela ao vento:
-vento 9o0
a) Abert ura dominante: Por tão
e = . o,s pl.
•suposto abert:o meio portão
adotado valor menor de Ce
b) Abertura dominante em alta
sucção externa:
-Não ocorre pois o portão não
está -situado nesta região .
Obs. : o Cpe médio corresponde
a faixa de 0, 2b = 4,0m
na pa.L·ede do oitão .
5 . 5) Valores a serem adotados:
-Vento a oº
a) Abertura de j ane las
cpi = -o,s
•v~;~~r~~ ce para a região
bl Abertura dominante em alta
sução externa:
Não ocorre pois há probabil i-
dade d esprezível de ocorrer
uma janela aberta na zona de
alto valor de sucção (C e
médio). P
Normalmente, para uma estrutura simil ar a esta, tem-se
como objetivo obter valores máximos associado ao C de sucção e p
sobrepr essão, portanto;
Coeficiente de pressão interna:
a ) - Ve nco a 90° b)-Venc.o a oº
cpi +0,3 e p i ~ +0,3
e pi = - 0,5 e . pi = - 0,5
;
_t;i )
53
•
! • '
6) Coeficiente de Pressão: e : p
6 . 1) Sucção no telhado
Ve nto o 90°
1,2 \ /º·4
0.7 \ ! 0,5 ~
-
0,3
- --
Ili
~ ~~~~e
'·· . . · . .. .
6 . 2) Sobrepressão no telhado
Venlo o 90° l,2, /º·4
\ I 0,7 0,5 _,_
-
0,5
-
-....
111
0,7 1\- I
'
fo,1
l,Z
--
o.o
.. .. ...
54
•
Vento a o"
o,a O 3 o,e ~~ . -~
111
Vento o oº
0,2,
\ I 0.2 0,2
-+-
-
0,5
- --
·.· .: ...
'
11 r
0,3\ /0,3
\ {,
3_3 0,3
-> ...,_
. ...... ,•. ,·
.. ... -...
j
,
.•
• .,
(
' r
'.
'
Bl Determinaçao dos coeficientes de pressão para o edifício
industrial (dimensões e especificações abaixo), situado na cidade
de São Paulo e destinado a uma indústria com al to fator de
ocupação.
l) Características do Edifício
- - - - - -),'·
POA T.iO
201) ,..z • •
~
A
=-
.
---.
CORTE A-A
2) Velocidade característica Vk
vk = V o s1 $2 S3
V
o =
40m/s
s1 = 1 ,0 (topografi a
s3 . 1 ,0
,
•
f l2.0 .' .
·•
normal )
55
o
"' n
A
..=.
' '
,
'
(O
' a,
w
1-
< a: ; o
~---<J· o
' ' .
. : ,
'
Vento oº e 180 Vento 90°
Classe B RUGOSIDADE
h =
IV Classe C RUGOSIDADE IV
13,0m (adotado h =lSm) h = 13,0m (adotado h=lSm)
S2 = 0,88 S2 = 0,84
vk = 40 1,0 o,88 1 ,0 35,2m/s vk = 40 1,0 o,84 1,0
3) Pressão de obstrução:
q = 0,613 vt
oº e 180°
q = 759, 5 N/m2
o, 76 kN/m2
Vento
q
4) Coeficient e de Pressão externa Ce
Vento 90°
q • 692,1 N/m2
q = O, 70 kN/m2
Rel.ações a
-i;-- =
h
-i;-- =
72
35
10
35
ti
-
18° (incl inação
telhado)
Adotado f)
-
1sº
33,6m/s
= 2,06
~ 0,28
do
(1) A existência de dois valores de s
2
deve-se a diferentes
classes de edificações.
vento a oº e 180° superfície frontal 35x1.4,5 - classe B
Vento a 90° superfície frontal ó0xl4,S - classe e
56
•
- --- -
-..
..
--...
...
...
..
...
' ... •
...
i
-
-e..
-
'-
e;.
-
-
-
-~ ~
1
'
•
•
•
-~
"'
4. l ) Vento a oº
t 0,2
36 ,0
O,l
-
0º"
~"'°'2
o 4.2) Ve n t o a iao
o.v. 1so·
~
0.V. 180"
=:>
t 1,. 6 r .
l
0,7
-
•
~0"" ~00,Z ~00,Z
t
57
L 11,6 1.
l l
~0~'
' . .
0,7
-
O.V. 0°
<:=i
o.v.o·
4.3) Vento a 90°
B
=--
A
-=- -
' .
~1
- - -- - -- - - - - --L - - -- - - -· ·--,,-
,2. -0,6 . 0,9 o '
~--- -L--- --i..---- ~------- - ~
0.9 ._ _ _ ,_ _ _. _ _ _,_-_º_··_ ..._ _ _ ...__ _ __, ~ -. :t.
o,, t t'::,
LJ O.V. 90°
0.)
- 0,l
~ º·' 07 0 ,9 - - 0'
CORTE A-A
O,>
CORTE B-8
5) Coeficiente de Pressão interna
B
--=
A
--=
5 . 1) Duas faces permeáveis e as o utras impermeáveis - não ocorre
5.2) Quatro faces igualmente permeáveis
5.3) Aberturas dominantes.
Vento oº
a)abert . dominante
face de barl avento
n<io ocor re
•
Vento 90°
a)abert. dominan te
face de bar lavento
não ocorre
58
- não ocorre
Vento l80°
a)abert . dominante
face de barlavento
Abert.dominante :
portão
Demais aberturas
<·
••
'
• i·
-
'
i:
,.
'
,,.
..
..
..
..
..
ili
..
..
..
• &li
,... E
(..;
-~
~
-'--
-e.
e.
e..
-limi
~
•
"' ~
#;
•
b)abert. dominante
face de sotavento
A.bert . dominante:
portão
e . pi
face do
cpi=
cena
portão
-0,3
c)abert. dominante
face paralela ao
vento
não ocorre
d)abert. dominante
em zona de alto
cpe médi o
não ocorre
e) Para todas as
direções do
vento
cpi = +0 ,2 ou o
' '
•
b)abert. dominante
face de sotavento
não ocorre
c)abert. dominante
face paralela ao
vento
e . =C no local pi e
da aber tura
cpi = -0,5 (abert
valor médio)
d)abert . dominante
em zona de alto
cpe médio
não ocorre
o mais nocivo
59
A = (0,3 35) 6 =
A= 63 m2
Ad 20 ~ = ~ 0,3
cpi = + 0,1
b)abert. dominante
face de sotavento
não ocor re
c)abert . dominante
face paralela ao
vento
não ocorre
~Jabert. dominante
em zona de a~.to
cpe médio
não ocorre
o .•
6) Coeficiente de Pressão :
o 6 . 1) Vento a o
a) cpi = - o, 3 :
-. - - - ·- - ... - - o,J
' '\ 4', · \
- - -o ...
. , '
6.2) Vento a 90°
a)Cp: -0 , S cor te A.A (item 4.3) corte B. B (item4.3)
' ' . ' , ' ~ ~ ~ ~ - - -
6.3) Vento 180°
a) CP= 0.1
' \ \ ' ~ ~ - !
III.4 - Coeficiente de Força
bJ c . = -0,2 p i
E~\ º \ º , º , º ·, º O ~,º·' 0 .1
09 º·' ~ - - -
edificação
·particular
A força do vento atuando numa superfície
será admitida sempre perpendicular a esta,
as obtidas atrav és do coeficiente de pressão.
de uma
e em
as forças
direções,
A força global do vento (F9 ) é a soma vetorial de todas
que atuam nas várias partes que compõem a edi ficação.
Esta força global poderá ser decomposta em várias
sendo que a definição destas será de acordo com as
condições e h i póteses a serem efetuadas para o cálculo da
60
; .
•
.,
•
•
•
•
• .,
!"!l
estrutura.
Qualquer destas forças (arrasto; direções x. y;
sustentação. etc). poderão ser obtidas genericamente por:
F = e* q A (III.14)
onde
• C coeficiente de força especi ficado para cada caso
q pre~são de obst rução
A área da superfície de referência para cada caso .
A Figura III .11 ilustra a força global e algum;;,s das
direções pos·síveis de decomposição desta força.
FORÇAS AERODINÂMICAS
Fg - FORÇA GLOBAL
Fo - FORÇA OE ARRASTO
O.V . Fs - FORÇA DE SUSTENTACÂO
.. Fh - FORÇA HORll:ONTAL
F1 - FORÇA OIREÇÃO
GENÉRICA 1
FIGURA III.11 - Forças Aerodinânicas
III . 4.1- Força de Arras t o
A força de arrasto é a component.e da força global na
direção do vento.
8sta força é particularmente importante pois permite ao
calculista determinar ações com características globais, ou seja,
ações estas que serã~ a pl~cadas em toda a estrutura .
61
•
. '
,
De maneira análoga às demais forças aer odi nâmicas, será
obt i da por,
onde
( II I . l S )
Fa ~ Força de arrasto
Ca coeficiente de arrasto
q pressão de obstrução
A ~ área de uma s uperfície, especificada para cada
caso.
A aplicação prática mais comum da f orça de arrasto é a
determi nação da ação do vento em edifícios de andares múltiplos,
torr es, est ru t uras isoladas. Obter a força global numa direção do
vento é razoavelmente mais simples do que a análise da edificação
em vár ias superfícies.
Serão apresentados, a seguir, as recomendações da NBR
6123 r eferente ao coeficiente de arrasto
IIJ.4.1.1- Coeficientes de arrasto para edificação de seção
constante e p l anta retangul ar
A determinação de coeficiente de arrasto (Ca), segundo
a NBR 612 3 , para edificações de planta retangular (edifícios de
andare s múltiplos)· deve considerar, principalmente, as condições
de t urbulência ou não do vent o que incide sobre a edificação.
O vento não turbulento, caracterizado pela ausência de
obstruções, como por exemplo em campo aberto e plano , foi o
utilizado para a determinação do Ca nos ensaios de túnel de
ven t o.
O gráfico, reproduzido na Figura III.12 , indica o valor
do Caem função da alt4ra, comprimento e largura da edificação .
62
,.
•
·I
..
;§
,.
'
1
( }
'
' lo~
,. ,
-
1.:;. o .e o .e
º ·"
o.~ O,:t
l 1 / l ::
,. 1,
v ent o ~, bl•, ,. , b! o o
.,
f ven1.;
F'IGURA I II .12- Coeficiente d e Arra s to ca para Ed i ficações com
Pla n c a Reta ngular - Vence de Baix a Turbulência .
A consequência principal do vento turbulenco,
, no rmalmence observado e m grandes cidades (categori a IV e V) , é
uma diminuiçao da sucção na pared e de sotavento .
A força de a r r a sto deve considerar este efeito e a NBR
6123 define, de maneira genérica, as condições mínimas para que
,:e possa a d mitir o vento de a l ta turbulência e consequentemen te
63
1 •
' '
obt er o eª .
As recomendações estão abaixo transcritas:
"Uma edi .ficação pode ser considerada em zona ,de 'llta
turbulência quando sua altura não excede duas vezes a · altura . .
média das edi ficações nas vizinhanças, estendendo- se estas, na
direção e sentido do vento incidente, a distância mínima de:
- 500 m para uma edif icação de até 40m de altura,
- 1 .0 00m para uma edificação de até 55m de altura,
- 2.000m para uma edificação de até 70m de altura ,
-3 . 000m para uma edificação de até 80m de altura,"
Admi t ido o vento de a l ta turbulência é possível r eduzir
o coefici ente do arrasto ca que pode ser obtido no gráf ico da
l?i gura I II . 1.3 .
.
.
'
'/ '! / / / , 1 r --J V / ' ) 11 1 , J 1 Jl::.f_~I / 1/ / /
1 / J 7 1; -, 1
I -~
oi / 1 ..._-
/ I / J / 1 I C,) 7 I 1 1/
~1 / j J . /
6
, .s
I I 1
' I I ,
I I I I
';; / /
/ / / 1 : :/ / o.:s
"
:, 2 1.:;
º-" º·"
0.4 o,:, 0.2
L, /lz
12 l 1 \/ento
>I 31, l z l bl l o o
ivento
l?IGURA III .13 - Coeficiente d e Arrasto ca para Edificações com
Planta Retangular - Vento de Alta Turbulência.
64
•
'
•I
-
-..
...
...
. ,
A NBR 6J.23 prevê a atuação da força de arrasto com
excentricidades em relação ao centro de torção e utiliza para
isto a seguinte frase:
"Devem ser consideradas, quando for o caso, os efeitos
da excentricidade da força de arrasto.º
Com esta frase fica claro que o calculista deverá ou
não utilizar a excentricida~e em função do tipo de edificação a
ser calcul ada, suas características e o modeJ.o de cálculo .
Salienta- se que a aplicação da força de arrasto
excêntrica irá introduzir o momento torçor. o dimensionamento de
um edifício de andarec; mú l tipJ.os com esta consideração exigirá,
do ca1culista, o cálculo tridimensional ou uma simplificação
adequada do efeito da t orção . Não é objeto deste texto tecer
maiores comentários, porém cabe o alerta quanto ao modelo de
cálculo a adotar.
As excentricidades previstas pela NBR 6J.23
relacionados abaixo:
- edificações sem efeitos de vizinhança
estão
ea = 0,075a e eb e 0,075b ( III. J.6)
- edficações com efeitos de v i zinhança
ea = O,OJ.Sa e eb = 0,0lSb
onde ea medida na direção do lado maior (a) e,
eb excentrici dade mediga na direção do lado menor (bl
Os coeficientes de força e, em particular o coeficiente
de arrasto, são afetados pela presença de obstáculos naturais ou
arci ficiais nos arredores de uma edifi cação .
É extremamente difícil não s6 considerar esces efeitos
como também dizer se eles serão benéficos ou não.
A NBR 6 1 23 recomenda que estes efeitos qe vizi nhança
sejam considerados até a altura do topo das edificações situadas
num círcul o de diâmetro igual da altura a edificação ou seis
65
' .
•
vezes o lado
A
menor (b),
dificul dade
adotando o m~ior dos dois valo:r·es.
em estabelecer com clareza as reais
condições de vizinhan ça torn a muito <;lifícil avaliar. seus efeit:os,
cabendo ao e.ngenheiro definir est:as condições e adotar as que
. .
melhor a reproduzem.
I I I . 4.1.2- Coeficiente de arrasto para estruturas reticuladas
tipo
Estruturas ret i culadas . são muito usadas e compõem um
estrutural adequado a uma gama enorme de soluções
.
estrut:urais, principalmente para o aço é a madeira.
Para est ruturas reticulares isoladas a NBR 6123
• ·,
.,
• ,
''·
.,
apresenta dois gráf icos ' do coefi ciente de arrasto. A Figura
III.14 repr oduz os valores de capara reticulados planos isolados ~
(tr eliças) com barras prismáticas com faces paralelas e a Figura
•. II I. 15, para barras prismáticas de seção.circular.
Co
2,0 K l. 9
1.8 !
:. 7
1,6
1,5
o
'"'-',
""
.
1 / 1
/
/
.............
............. /
0,5
1 ·º
FIGURA III.14- Coeficiente de Arrasto e para Reticul ados Planos
a , .
com Barras Prismáticas com Faces Paralelas
A força de arrasto será então obtida por
onde (III.17)
Ca Coefi ciente de arrasto
q pressão de obst rução ·
66
•
..
•
• Ae; áre a frontal efetiva do r e ciculado (Treliça) .
A á r e a e fetiva nada mais é do que a proj e ção das barras
do reticulado sobre o p l ano perpend icular à direção do vento .
O Coeficie nce ,J, d a Figura III .14 é o í n d ice de área
expost a . Const itui na relação entre a ~r ea f r o n tal e f e tiva do
reticulado pela á r ea f r ontal da superfíci e limi t ada p elo cont orno
do ret iculado.
,·.,· 1----+--_J~ -4--:--++-h~-- - - - 1----1
[ "' ".-:-· , . -l
'·º,. ·--- - 1 í+-~1-!-L, ,---"-.--~'--1---l- l. -í] l l 1
1
j,
. L,- • 1 1 i , j
,,g ~- ·--··--·-·--r-·"-·rm-r- 1 , -1T~---~1
ººL--··- -~-Tl1- f 1 1 rn-·-- rT. _, --
o.;f,---···--_;--.-n' :.-Hfü-·, 1 1 1 i 1 1 1 - , -i
l - oJi 1 ~----= Cc •,·- :, l !, 1 •Lil ,i ~ Q.:>~: -·~;
'.l~~~
. -···1 • ·--
- r 1 r: ' 1 ,.- ---=n...--- . . \-::t<;~~ . : 1 : ief~1 1 '~-j
1 : , - 1 i · J
. i 1 ;
l :
'°·"t. ··· · -r·-
, '
() . =~ r . ·t·····
. 1 1 1
' 1 1 1
·-r j l ! 1 ; ---·- :------r-,-: a- -:- ---·-· j
Ô.I F--~=j·,::__
-:,[ . ___ ..J __ , _ ··-
-t --111---~---± ·--·
.L. . _ t _L -'· :. J. __ _t__j_J __ .l_ .L ' ._1.., J -l. L.l
-----
_J
1
,o~ -, ., 5 G f ll 9 :0:1 2 2S 3- r,. 5 6 7 O 9 ,o<> .,,
!te
E"IGURA III. l.S- Coeficie n t. e de Arrasto· C
3
par a Reticulados !?!anos
com Barras Prismáticas de Seção Cir cular
Para o caso de barras prismáticas com seção circular, o
gráfico que permite obter o Ca considera o:indice de área expost.a
'f, e o número de Reyno lds que pode ser obtido pela expressão
: :1 _1 7 .
67
t : ;.
'
onde
, '
. Re = 70 . ooovk d
.· Vk = velocidade característica em m/s
d = diâmetro das barras da reticulado em m.
Re - número de Reynolds
( I I I .17}
É comum em estruturas metálicas e de madeiras ter- se a
composição de: vários reticulados (trel iças) para a composição de
de uma edificação. A treliça de barlavento irá oferecer uma certa
proteçao às àemais, de manei ra que a força de arrasto deverá
considerar esta proteção.
dependerá
A NBR 6123 adota então um fator de proteção 1/ que
da posição relativa de cada treliça em relação a
d i r eção do vento.
Est<;: parâmetro 1/ poderá ser obtido em função do
coeficiente if; e o gráfico dos valores de 1/ está apresentado na
Figura III.16 .
~H-- ---1::
2 n
Co 1 •Cq fra l,,e,o 1$01Qoo
______ rJ,.,
Vc:n,h) 1
1
;
- ~--- --' r}~
-: i ,~
1--- - - -· ·· ·-· - ·-- ··- - - --,
00~- ------ --0_-,-··-- - - --~,.o
FIGURA I II.16 - Coeficiente de Proteção 1/ para Reticulados Planos
Equidistant es
68
. '
•
., ,
:l
.
•'
:;
' .,
•;
'
o coeficiente de arrasto para as estruturas reticuladas
protegidas a barlavento poderá então ser obtido por:
onde
Cal {l + (n-l) 71 ) {III .1.8)
Cal = coeficiente de arrasto da treliça sem proteção,
n = número correspondente a posição relativa da treliça
em relação a primeira na qual incide diretamente o
vento;
71 fator de proteção;
Can = coeficiente de arrasto da n -ésima treliça.
III.4.1..3 - Coefici ente de Arrasto para Torres Treliçadas,
As torres treliçadas nada mais são do que estruturas
reticuladas, e a NBR 6123 apresenta uma série de gráficos onde é
possível obter o coeficiente de arrasto.
Este tratamento diferenciado dado às corres é devido,
não só ao fato de tratar-se de estruturas especiais, como também
aos aspectos econômicos envolvidos .
Para torres de seções quadrada e triangular equilátera,
o coeficiente de arrasto pode ser obtido no gráfico apresentado
na Figura III .1. 7. Observa-se que o valor de Ca corresponde ao
vento perpendicular a uma das faces para a torre com seção
quadrada ou triangular .
Para o projeto específico
'
de linhas de transmissão
devem ser consultadas as normas:
NBR 5422/8 5 Projeto de linhas aéreas de transmissão de
energia elétrica
NBR 8850/85 Execução de suportes metálicos treliçados para
linhas de t:ransmissão
69
. ' '
ll 41
i 2.51------l--+"s--'k--+---lr--+- -+---:----t- -j
Co
3
2
1 .5 L-1'--l.- --'-- ..L--:-...,__._ --'-- ..L-1--'
O 0,5 1.0
FI GURA II I. l. 7 - Coeficiente de a rrasto Ca para t orres treliçadas
com seção quadrada e triangular equilátera.
Para qualquer ângulo de incidência de vento na torre de
seção quadrada deve - se corrigir o coefici ente de arrasto. A
expressão I I I.l.9 apresenta o coefi ciente de arrasto para um
ângul o de incidência qualquer (C ) , sendo que este ângulo é
a, e,
medido a partir -da perpendicu lar a uma das faces . A Figur a III.l.8
i l ustra a orientação deste ângulo cr.
*
. (
FI GURA I II .18- Ângulo de Incidência do Vento (e,) sobre uma Torre
Trel içada com Seção Quadrada
70
•
·>
onde
e = Kc,Ca a, e,
1 + er/125 ~ 1,16
coeficiente de arrasto obtido
incidi ndo perpendicularmente · a
c om
uma
'
(III.19)
o
das
vento
faces
Ct incl inação da direção do vento, em g raus.
A força d e arrasto será obtida pela expressão (III .20)
e distribuida de maneira proporcional ãs áreas front a i s das
respectivas barras, nas várias faces da torre de acordo com os
valor es apresentados na Figura III. 19 .
onde ca,c, q Ae
coeficiente de arrasto seg undo a direção do vento
1 o ireçõo do vonto roce 1 Foco U Fo.:cCT Focets:r
'
i n[Ô~ 1 _l_ o n - - o
1
I +"\ I+')
1 li f o o o o i
' tn / 1
! ºt///lm n 0.20 0 ,2 0 O. I S 0, 15
/' l ' 0.7-0 0.20 0 , 1 S 0. 1 5
1 O.S7 0.11 0,11 -ili n i lT ' o 0.19 0 . 1 $ -
I
1
I
1
0 ,50 o 0-3 7
-ü n
I 1 T 0.2~ o o.~ , - 1
n 0 . 1 ... 0.1.q. 0.4::), -~ / 1 / /' l ' ! 0.:2:, 0 .25 o -
n : co,rno<>ncn1 o i)er'l)ondic ulOI' ô roe o
1 : compone"tc po(olclo ô tocc:
FIGURA III .19 - Fator de Distribuição d a Força d e Arrasto nas
Várias Faces de Torres Treliçadas.
71
' ..
•
r
III.4.2 - Exemplos de Determinação da Força de Arrasto.
andares
Cálculo do
múltiplos
carregamento estático para o edificio de
: '
;estão cujas características
relacionadas.
A) c~racterísticas do edifício:
1 DV.2
50 m
DV.1
15 m
B) Hip6t eses:
v = 45 m/s o
Categoria II ( ter r eno aberto em nível)
Classe B ( maior d i mensão inferior a 50 m)
Vento não t urbulento
C) Coeficiente de arrasto
C. 1) Direção do.vento DV.l:
Relações:
h = som
C.2) Direção do vento DV.2 :
Relações: tl = 15m ll
t2
h
l2= 30mt l
h = som
72
•
0,5
3,33
C e 1,35
a
c =
a 1,00
30 m
abaixo
.,
r
. '
'
D) Níveis considerados
~
~
~
~
~
E) Velocidade característi ca do vento na edificação:
v
0
45rn/s (I sopletas de vel ocidade Figura II .l)
1 , 0 (Terreno plano)
(Edifício habitacional - alto fator de
ocupação) .
s 2 = determinado por trechos.
F) Carregamento estático - Direção de vent o l (DV. l):
TRECHOS H. v0 s1 s3 S2
vk q qeq J.
(m) i (m/s) (kN/m2 ) (kN/m)
l 10 45,0 0,98 44,10 1, 19 48,20
2 20 45,0 1,04 46,80 l,3 4 54,27
3 30 45 , 0 l,08 48,60 1,45 58,7 3
4 40 45,0 l ,11 49,95 l,53 61,97
5 50 45,0 1,13 50,85 1 , 59 64, 40
73
•
,
.,
Result~do de qeq (lcN/m)
64,40
61,9'7
58., 7 3
54,27
48, 20
- - --=3..::.0:.::.....m-iCTJ
~ - - - - 2~0~m~---i[2]
10m [IJ
- - --..::...e..."---, 1
Mt= E fi hi 64,40 10 45 + 61,97 10 35 + 58,73 10 25
+ 54,27 10 15 + 48,20 10 5
G) Carregamen to estático - Direção de vento 2 (DV. 2):
TRECHOS !i . VoS1S3 S2 vk q qeq l.
(kN/m2 ) (m) (m/s) (kN/m)
1 10 45,0 0,98 44,19 l, 1 9 17,85
2 20 45,0 1,04 46,80 1,34 20,10
3 30 45 ,0 1 ,08 48,60 l,45 21,75
4 40 45,0 1,i1 49,95 1,53 22,95
5 50 45,0 1 , 13 50,85 1,59 23,85
74
, .
•
,
Resultado de q (kN/m)
eq
23,85
22,95
2 1 ,75
20,10
17,85
~
~
~
20m
___ ___;:c...:..c.;-----,[TI
I II.4.3- Coeficiente de Força - Barraa Pri8llláticaa , Muros, Placas
e Coberturas sem Fechamentos Laterais e Frontais
Este item apresenta os coeficientes de força aplicáveis
às barras prismáticas, muros, placas e estruturas isoladas.
De maneira análoga a já apresentada anteriormente, a
força do vento em um muro ou urna placa será obtida por:
donde
Cf - coeficiente de força;
q - pressão de obstrução;
' A - área de placa ou muro.
(III.20)
Esta força é suposta pe,rpendicular à superfície do muro
ou da placa, sendo que os estudos realizados em túnel de vento
indicaram que a incidência crítica. do vento não é ortogonal a
superfície.
A inclinação do vento em relação ao muro ou a placa faz
com que exista uma excentricidade no ;ponto de apl icação da força
em relação ao eixo médio.
Na Figura III . 20 estão ~eproduzidos os valores do
75
' '
,
•
. '
c9cficiente de força Cf e a e xcentricidade do ponto de aplicação da força F, salient ando que pa ra r elações intermediária s entre o comprimento e a altura (t/h) vale a inter polação linear tanto • para o Cf, como para o parâmetro "e" (posição de força).
l..,.,_) .O•~.-~ .... .,. ..... ,..........,...1
,..._i 10tcc-fMIOc•••., • .,.,,.......:.,....1 ll'h .-tO
'"" -·
ri • i
1
v,~
V~' r 1 v, O<
oe. •DO• : e o; o.:s t ""'•::so· : e. •O.>, -e • 40"': e.º·"\
~ ·-···1· ~ ' t-
~Y.1:o.•~I 1 i:~~h l , .. ,.,~h '/m//,1 I/, .,.,1JJ.,.,.,1»n/?, .,,,.,,,,,7J,;,,.,,.,,, .. . .,,? •• ·,.7) ,;,.,7,•,,;».,;_,.,;;,.,,, ... •. '· - • t,0• : cr • 1.3
'"" • .90'"' ; Cr .... J !S ... ":,o· : cr •-z..o '"" . :so· : Cr •1 .6 .... : "10-: Cr • 1.8
t=:»,,?n»J,. L,. '177 d.-, d)»,, ;,.,L n ///,,/,»m.,/,,.,1.,1/;,.•)/ ,
- · oo· : Cr- 1' 1.z -.a. oo- : Cr • 1. t "-<.&90* . e • t .2 -·~o· : Ct • I .S
-.. e 40"': C: • t.S
FIGURA Ill . 20· Coefici ente de For ça Cf para Muros e Paredes
Para as coberturas sem fechamentos frontai s e l aterais, denominadas pela NBR 6123 de cobe rturas i so ladas, não é possível determinar coe ficientes de pressão externos. O fluxo do ar não é desviado de manei r a signific ativa o que exige um tratamento diference de quando exist e a presença de paredes e aberturas . Deve-se , então, determinar a ação do vento que s~rá exercida diretamente sobre as faces superior e inferior da cobertura, s alientando que a NBR 6123 só prevê edificações compos tas de superficies planas (telhados tipo uma e duas águas) . Devem ser analisadas as d uas direções do vento, uma perpendicular ao telhado e outra paralela a este (par alela a
76
•
i
..
...
i
...
'
.!
,.
..
linha de cumeeira)
- Di reção do vento perpendicular a l i nha de cumeeira;
Nas Figuras II I. 21 e III . 22 estão reproduzidos os
valores dos coeficientes de pressão para telhado duas águas.
Estes coeficientes podem ser utilizados com as seguintes
restrições :
al Relação entre altura e vão superior a 0,5 (h/t ~ 0,5)
b) Inclinação do tel hado (8):
b.1) uma água: os 8 s 35°
b.2) duas águas : 4°s 8 s 30°
t9 Corrt9om~nro
Van lo
o ~ 1Q9 ~0.7 o
2• Corr119omcnlo
!: 19 9 ~ 0,2 0,2 ,E; \99 ,. O,J.
1 <,o f // o ,6_?
-
'•&
1
199
6. <O /
'9& 19 &
-,-
1 19 e 199 0,6 - <2 tq 9
CZJ].o ' CCO<,O \ -e;-
~ )
E,· 20 'ºª
FIGURA III.21- Coeficiente de Pressão - tel hado uma Água
77
' ' T
t9 Corr tQom•nt o 20- Cor rtc; omtnfo ' ·~~~~.~~~~.,....~~~~~--~~~~~~~~~~~,--~~~~~~~~
r 0,07 ,;: 19 0 ,:: 0,4 0,4 :e! l 9 0 !; 0 ,6 ! o.e 7 ,; 1 Q 9 S º· ~
1
' 2 . .Q lç e + o.6
'
VENTO
i,a tq G ... 0 ,6 '!: 4, C,é l g e - 0,74 3, I
+ o, 7
~ ~
1
1 2
I/JIJlll>IJ ll ll/1
S,O tq 9 - !.,O
'
V( NTO -r·
h
+ ))JJJI/JJIJIJIII/.' +
FIGURA I I I.22 - Coeficient e de Pressão · Telhado Duas Águas
onde
= coeficiente de pressão a barlavento
coef i ciente de pressão a sotavento
78
..
•
'
. '
·,
.,
1,•
'
•
' •
(
'
(
~
.-!
~
~
...,
CAPÍTULO IV
ASPECTOS COMPLEMENTARES SOBRE A AÇÃO DO VENTO
IV.1 - Introdução
Como já foi relatado anteriormente, a ação do veato foi
associada a um carregamento estático equivalente que, para a
maioria das edificações correntes, corresponde a uma boa
hipótese , simples de ser utilizada e com os resultados
comprovando ser representativos do fenômeno.
O vento, porém, é uma ação predominantemente dinâmica
e, algumas vezes, este aspecto não poderá ser desconsiderado.
Alguns destes aspectos serão abordados rapidamente, de tal
maneira a permitir um conh~cimento geral.
Paralelamente a ação dinâmica, este capítulo apresenta
tc arnbém comentários gerais sobre a interação entre edificações
próximas, aspecto esse dificil de ser considerado no cálculo da
ação do vento, porém importante.
Estes efeitos de interação entre edificações podem
aumentar substancialmente os coeficientes de pressão excerna em
ed i ficações próxi mas, bem como causar -desconforto a usuários em·
áreas próximas as edificações.
79
• ' < ..
•
, T
Comentários gerais sobre a q_uestão conforto de
transeuntes estão também relatados neste capítulo, o que poderia
ser entendido como um "es tado limite de ut:ilização " da ação do
. : . .
vento, ou seja; não traz maiores consequênc'ias do ponto de· vista
de cálculo de edificação, porém pode inviabilizar a ut:ilização de
uma área próxima às edifi cações devido a acele~ação do vento em
função da interação com outras edificações .
Apresenta - se, ta~ém, o modelo simplificado para o
cálculo da resposta dinâmica em edifícios de andares múltiplos.
IV.2 - Interação
Pode-se descrever a interação como as alterações
causadas no campo aerodinâmico de uma edificação devido a
presença de obstáculos nas proximidades desta.
aumento
Estas alterações do campo aerodinâmico
significativo da velocidade do vento
podem causar um
que irá i ncidir
sobre a edificação em estudo, causando aumentos consideráveis nos
coeficientes de pressão· externa, desconforto aos transeuntes nas
regiões próximas à edificação ou, em outros casos, sendo benéfica
e "protegendo- as" .
Os principais tipos de interação entre edificações . .-
estão descritos a seguir, salient ando-se que não é possível a
adoção de coeficientes normalizados para estes efeitos deyido a
grande variedade de possibilidades.Cabe ao calculista conhecer
estes fenômenos e, em última instãncia, solicitar ensaios sobre a
edificação e seu entorno.
IV.2.1- Deflexão vertical do vento
A deflexão vertical do vento é causada pela presença de
região a barlavento âa obstáculos e outras
edificação em estudo.
•
edificações
A figura IV.l
80
na
ilustra este aspecto:
.1
!
..
Região de o /los
velocidades -"-s:
Figura IV.1- Deflexão vertical do vento
O aumento da velocidade pode causar danos localizados ã
edificação e também aumentar consideravelmente os coeficientes de
pressão externa. O prof. Blessmann relata que os coeficientes de
pressão externa podem atingir valores próximos de -2,0 (sucções)
IV.2 . 2- Turbulência de esteira
A turbulência de esteira é causada pela presença, a
barlavento, de uma outra edificação que, após ser atingida pelo
vento f az com que a esteira a sotavento, ao atingir a edificação
em estudo, cause efeitos dinâmicos e al terações consideráveis na
pressão externa.
A figura VI .2 ilustra este fenômeno.
Região of~toda pelo~ e
turbulência '\-?
~~e
e
Figura VI . 2- Turbul ência de Esteira
1'.s consequências deste tipo de turbulência sâo
norma l mente danos em vedações e caixilhos e desconforto aos
transeuntes.
81
•
.. , 't
IV.2 . 3 - Efei to Ve~turi
O efeito Venturi é causado pelo "afunil amento" do vento
devido a prox/mid,ade de edifi caç:ões, causando uma ace leração d a
velocidade do vento na reg ião do afunilamento e consequentemente
alterando as pressões nas edificações.
A figura VI .'3 ilustra este aspecto:
Regiões
r --Afetodos
Figura IV. 3- Ef eito Venturi :i
? Os valores da pressão externa são alteradas nas r egiões
das duas paredes confrontantes e o coefi ciente de pressão pode ,,,
atingir - 2,0 (s u cção). ~
IV.3- Conforto de transeuntes e ·usuários das edificações
IV.3.1- Conforto de t ranseuntes
O conforto de transeuntes próx imos de edificações está
diretamente associado ao aumento da velocidade do vento que
ocorre próximo ao terreno. Este aumento de velocidade associad.o a
movimentação de pó, areia, fol has e chuva podem causar um grande
des conforto e e m casos extremos, inviabilizar a utili zação dos
a rredores de uma edificaçã o em dias de vento forte .
82
•
· .'
Este aumento de velocidade está associado ao fluxo de
ar descendente que ocorre na parede de barlavento combinando com
os vórtices que sugem nos cantos a barlavento da edi ficação . A
figura IV . 4 ilustra este efeico.
fleqiõo mais
o f e /ada
Figura IV. 4- Aumento da veloci dade do vento devido ao f luxo de ar
descendente.
Paralelamente a este efeito causado pela própria
edificação que quanto mais alta maior será a velocidade do vento
na região próxi ma ao terreno, existe também o efeito Venturi que
pode causar um aumento considerável na velocidade do vento entre
duas edificações próximas.
A figura IV. 5 , reproduzida do " Progressive
Architecture ", indica várias situações de a umento da velocidade
local que podem afetar as condições de ocupação no entorno de
edificações.
83
1 '
•
·---................... -..•
~,-, ... ____ _
=--.. -1"1..,.r;,, v ...... , 1,,.,
-·-·-... --~---·-~·
·---... """"'"'-·--!'tO<~•-.... , _
""e.-,.---.,0,..-. ...... _
·-·-
[JÂÔJ~J - ! ~"??
,,/
./.
_ , ... _...__ ............ ... , .. ,.
-"'--... --....... __ """º..._,,.,..,_
- .. , .. -~.-«•-·-·-~ ... -..... _ ... _
_ .. ____ .,.,,,_, __
..... ,- ... ,i,,.°"'--· ·-,..,....o,. .. ,..,_,,_.,_
,
e,..--·-:,..,ç..i .... __
--.,,--.... 0' ......... _IP"t_
..-----... -·--- .. «,-.,.-~---........ o._,_ ... ____ ..,
-··-1•·----
--..... _ ... ___ _
Figura IV. 5- Regiões de aumento de velocidade nos entorno de
edificações
............... __ """<•--··-
-·----............ =-~_;=-------
soluções
Do ponto
quando o
de vista
aumento
inviabilizar a utilização
particularmente em cidades
ven t os moderados e fortes
alguns destes exemplos.
arquitetônico
da velocidade
existem algumas
do vento pode
.!.
.
. '
de áreas próximàs de edif icações,
onde a frequência de ocorrência de
é elevada. A figura IV. 6, ilustra
'
84
..
...
s
'
~
'
,
'
-• ,.
..
íilll
...
...
--
; ..
o) Pavimentos infcriore-s can dimensões
superiores oos editlcios
Cobertura\
\
- .
e) Cobertura en t Fe ed í f icações
vizinhas.
.,
1
b) Marquises em todo o
contorno.
11
:, ,,
r
i· !:
li i r 11
d) Eddicios com planta
circular.
Figura IV. 6- Exemplos de soluções arquitetônicas qu e melhoram o
contorno da edificação quanto à velocidade do vento .
IV.3. 2 - Conforto de usuários das edificações
O desconforto devido ao vento a usuários de edi fícios
pode ser resumido a , r uído em janelas, entrada de água e pó em
caixi l;hos e as osci lações devido à ação d inâmica do vento.
Os a spectos relat ivos ao ruído em j anelas e a entrada
de pó. e água são resolvidos at:r·avés de c a ixilhos, devidamente
projetados, que atendam
As oscilações
às sol i ci tações devido ao vento .
de edifíci os altos,
do vento, correlaciona-se com a esbeltez
provocados pela ação
des t es e também com a
pcrçepcibilidade do ser humano em detectar estas oscilações.
·ká pessoas mais sensíveis que são muit:o afetadas por
escas solicitações, causando desconforto e inseg urança . Estes
p-roblemas ·devem ser evitados pois caracterizan, utn estado limite
85
'
•
, '
de ucilização.
principal
edifícios
Vários estudos foram realizados sobre o tema e a
conclusão, para que tal fato não ocorra, é projecar
cuja fr~quência natural seja devidamente esttldada' de
tal forma que sejam controlados os deslocamentos horizontais e a
aceleração que provoca estes deslocamentos.
A figura IV. 71 reproduz o resultado dos trabalhos de
Chang onde estão correlacionados o conforto humano com o período
de oscilação da edificação .
14 35
"'
"' ] ~
-O> 12 :i
30 Q) õ o
.s o.
E 10 € 25 Q) õ ..
e:
1 Q) E 8 1 20
"' \4<> o >,'f 1 o ;q 1 ~" ~ ü;
,J"" • Q) 6
:,."\~ 15 ~ "O
,:i: o o
~
-
'O
Q) Q) 4 10 .§ "O
.2 e
Q)
- o a. E 2 5 <
ceptíveJ
o
o 2 4 6 8 10 12 14
Período, em segundos
Figura I V.7 - Conforto humano e deslocamento lat eral de edifícios
(Chang).
1
CHANG, F.K. Wind and
Engineering, ASCE,
1967)
•
movement
New
86
in tall buildings
York, V . 37, n . 8,
Civil
Aug . ,
.•
·',
f/11
..
..
..
..
..
..
..
...
..
e..
e..
'-ill
~
e;.
e;.
e;.
t;.
-
-fiii&
~
Íiill
e..
..
...
ii:
•
IV.4- Ação dinâmica do Vento
A ação dinâmica do vento, em determinadas edificações ,
não pode ser desprezada pois estes efeitos aumentam em muito as
solicitações o que pode l evar a estrutura à ruína .
A resposta dinâmica de uma edificação está relacionada
à frequência natural, ao grau de amortecimento dos materiais
empregados e à rigidez global, sendo portanto uma particularidade
de cada ·edificação. Est:es e f e itos são i mportantes em estrutura
e sbeltas e flexíveis .
"
IV.4.1- Despreend imento de Vórtices
O despreendimento de vór tices (paredes laterais) podem
provocar forças periódicas importantes e produzir vibrações
transversais à direção do vento.
Estes vórtices estão associados à frequência de
despreendimento, à dimensão linear de e s trutura e à velocidade do
vent o, e será c rítico quando a sua frequência de despreendimento
aproximar-se da frequência natural da estrutura.
Pode ser expresso matemat icamente através de:
S ~ f L/V onde S= número de Strouhal (funçãoda forma
da edificação, do número de Reynolds
dao caracterí sticas do fluxo)
f frequência de despreendiment o dos
vórtices.
L = dimensão linear da edificação.
V velocidade do vento .
Para as estruturas flexíveis é conveniente estimar a
vel ocidade critica que corresponde à ressonância .
V
cr
onde fn
L
s
•
=
=
frequência natural da estrutura
dimensão linear
n úmero de Strouhal
87
,
T
Portanto é conveniente que esta velocidade crítica seja
elevada a ponto de minimizar a possibilidade de ressonância .
A f igura IV . 8 ilustr~ o <;1espreendilnento . de vórtices de
uma estrutura circular (a) , as· oscilações transve'rsais (b) e as
possíveis deformações da estrutura (C).
8 --~-----y- -~---1 • . - . ·--+--1 ~-l___L 1 1 _____ _,_ ____ ~-----L----tV 1 a/ Vórtices de
Von Kármán
Oscilação
rronsversal
Ovallzação
Figura IV. 8- Despreendimento de vórtices, oscilações e deformação
de uma estrutura de planta circular.
IV.4.2- Galope
O efeito de galope ocorre em estruturas muito leves e
esbeltas (pi lares vazados, cabos de alta tensão, viadutos com
grande altura, pontes pênseis).
Caracteriza-se por oscilações transversais à direção do
vento e cuja amplitude aumenta com a velocidade do vento.
Resumidamente pode-se dizer que a componente vertical da ação do
vento é a responsável por este efeito.
88
•
,.
•
..
....
·~
. ,
IV.4.3- Efeito de golpe
Este t i po de efeito ocorre devido a turbulência
existente na esteira de uma edificação situada à barlavento. Os
vórtices desprendi dos da edificação a barlavento irão solicitar a
edificação de manei ra sucessiva, podendo produzir oscilações cuja
f requência será definida pela turbulência de esteira .
A figura IV. 9 ilustra este efeito.
ao
efeito de çolptt
Figura IV.9 - Efeito de Golpe
IV.4 . 4- Energia de Rajadas
Este efeito é decorrente da energia cinética contida
nas rajadas e, independentemente das ações dinâmicas, pode
influir nas oscilações de uma estrutura.
Este "efeito ra j ada" constitui um fator importante para
a determinação das ações devido ao vento e algumas normas
internacionais (americana, canadense) utilizam este princípio ·
p;;,.ra a majoração do coeficiente de pressão, quer para a.nálise
estática, quer d i nâmica. Nestas normas utiliza-se, portante, o
fator de rajada G (Gust Factor) .
89
' . .
•
IV.4.5- Dfapejamento
Este fenômeno de instabilidade afeta estruturas onde
existem d.ois · ou mais graus de liberdade que irão produzir . um
. .
acopl~mento das vibrações nestas direções.
Este fenômeno deve ser analisado para pontes esbel'tas
sujeitas a deslocamentos horizontais, verticais e torsionais.
IV.5- Considerações gerais sobre ação dinâmica do vento em
edifíciós altos
IV.5.1 - Aapectos Gerais
Os efeitos dinâmicos em edifícios de andares múltiplos
está diretamente associado ao período fundamental da edificação e
as flutuações da velocidade do ar (rajadas) atuando num dado
período de tempo .
Para a análise dinâmica, a norma brasileira admite que
a velocidade média mantém- se aproximadamente constante durante
dez minutos e assim deverá ser calcul ada a velocidade de projeto,
corrigindo as velocidades básicas obtidas do gráfico de
isople cas, as quais consideram rajadas de três segundos .
A NBR 6123 recomenda também gue, para edificações com
períodos fundamentais superiores a um segundo, deve-se considerar
esces efeitos dinâmicos; prescreve dois tipos possíveis de
análise, o modelo simplificado e o modelo discreto . Apresenta - se,
a seguir, os aspectos gerais da· análise através do modelo
contínuo simplificado .
IV. 5. 2 - Velocidade de projeto e parâmetros .. para análise dinâmica
A velocidade de projeto será obtida para um período de
10 minutos:
90
•
onde
velocidade bãsica obtida no gráfico das isopletas
= fator topográfico
fator estático
0,69 = fator de correção da velocidade em função do
tempo de rajada de 3s para lOmin.
A velocidade assim obtida será utilizada tanto para o
modelo contínuo simplificado, quanto para o model o discreto sendo
que a variação do perfil de velocidade poderá ser feita com a
altura, de maneira semelhante ao apresentado no capítulo III.
A variação da pressão de obstrução com a altura pode
ser feita considerando o perfil escalonado que consiste na
divisão da edificação em
do terreno (S2 ) para
trechos e adotando-se o fator rug~sidade
o topo do trecho considerado. Estas
considerações já foram discutidas anteriormente .
edificaç(?es,
do perfil
Considerando a respos ta dinâmica das
pressão de obstrução será obtida com a variação
velocidade, altur a e os parâmetros dinâmicos .
IV.5.3- Resposta dinâmica na direção do vento
a
de
Os parâmetros para determinação dos efeitos dinâmicos
do vento são apresentados na tabela l.9 da NBR-6123, valores
. i
aproximados, reproduzidos abaixo:
91
' t .. ,
•
•
, 1
TIPO DE EDIFICAÇÃO y < Tl = 1/fl.
Edifícios co,n estrutura aporticada
de concreto, sem cortinas 1,2 0,020 O,OS+O,Ol.Sh
(h em metros)
Edificios com estr utura de concret o
para absorção de forças horizontai's ]. ' 6 0,015 0,05+0,012h
Torres e chaminés de concreto,
seção variável 2,7 0,015 0,02h
Torres, mastros
.e chaminés de
concreto, seção uniforme 1,7 0,010 0,015h
Edifícios com estrutura de aço
soldada 1,2 0,01 0 0,29~- 0,4
Torres e chaminés de aço,
seção uniforme 1,7 0,008
Estruturas de madeira
-- 0,030
Onde:
P = fator da equação do primeiro modo de vibração
í = razão de amortecimento crítico
T1 = período de retorno
f 1 frequência natural de edificação (t1 = T~)
A variação da pressão dinâmica considerando o método
simplificado é baseado no primeiro modo de vibração e pode ser
expressa por :
q (z) 1 + 2y ( J l +'}' +p
sendo
92
•
•
I
CAPÍTULO V
Acidentes Devido à Ação do Vento
v.1 - Preliminares:
Neste capitulo serão abordados alguns aspectos aerodinâmicos e estruturais responsáveis por acidentes devido à ação do vento. Salienta-se que serão comentados apenas alguns aspecto& tendo em vista não s6 a complexidade do tema como também as dificuldades de, ap6s um acidente, determinar com clareza as reais causas que originaram a ruína de uma edificação.
V.2- Aspectos Aerodinâmicos dos Acidentes Devido à Ação do Vento V.2.1- Preliminares
Como já mencionado, é muito difícil estabelecer as causas prováveis de um acidenté devido à ação do vento. Neste item são abordados, basicamente, as causas dos acidentes devido aos aspectos aerodinâmicos.
Os aspectos aerodinâmicos aqui analisados são: a velocido.dc do vento. a pressão interna e os efeitos localizados dos altos valores de Cpe·
Normo.lmente, os acidentes caracterizados cc:,mo decorrência dos aspectos aerodinâmicos sao associados a pequenos. danos, àestelhamentos localizados e danos estruturais leves, ressalvando-se que não estão aqui inclusos os erros de projeto.
94
Estes a$pectos são assim considerados pois é Ol:...lito
difícil a ruína total de uma edificaç.ão devido somente a
problemas aerodinâmicos. Nor malmente, a ruína ocorre devi d o a uma
somatória de problemas,• incluindo erros de projeto, de execução e
na avaliação das ações devido ao vento.
V.2.2. Comentários Gerais
v.2.2.1. Efeitos localizados devido ao alto valor de cpe
Os acidentes mais comuns devido aos altos valores de
Cpe são, basicamente, os entrocamentos de telhas localizados e
problemas em fachadas de e d ificações, como por exemplo, danos em
caixilhos .
Para o cálculo estrutural são previstos coeficientes
de pressão externos médios para as várias superfícies que compõem
uma estrutura, porém valores elevados em regiões localizadas das
edificaçõespodem superar em muito estes valores médios.
v.2.2.2. Velocidade do Vento
Como já descrito anteriormente, a velocidade básica
utilizada para o dimensionamento de estru turas foi obtida através
de r esultados de medições efetuadas em várias regiões d o pais com
o devido tratamento estático.
É de muita importância a avaliação da velocidade básica
para uma dada regiao, pois deve - se l embrar que a p r ess ão de
obstrução {q) é função direta do quadrado da velocidadé .
Em outras pal avra~, um erro na avaliação àa , ve~ocidade
básica pode conduzir a variações cons i deráveis na ·"pressão de
obstrução, o que poderá a c a rretar danos nas estruturas assim
consideradas.
Pode- se d izer que este
basicamente, erros de projet o e que é
do engenheiro calculista. A avaliação
tipo de problema envolve,
de intei ra responsabilidade
da vel ocidade básica deverá
ser feita com acuid ade ~endo
simples conduzirá à ação
em vista que a s~a majoração
devido ao vento elevada,
pura e
podendo
representar custos excessivos.
95
' : .
•
..
•
, ,
V.2.2.3. Pressão Interna
Os acidentes cujas
i nterna podem ser subdivididos
. ; t
causas
em dois
originam- se na pressão
tipo"!,
O primeiro consiste na avaliação incorreta da pressão
i nterna, em particular nos casos de sobrepressão interna, cu1os
valores podem ser elevados, cond~zindo a destelhamentos ou mesmo
a ruína de uma edificação.
As aberturas à barlavento, quer sejam das de janelas,
portas, ou causadas pela rupturá de vidros ou paredes devi do a
pressão externa, tem sido responsáveis por vários acidentes .
ou a
A correta avaliação dos coeficientes de pressão interna
utilização de "aberturas de emergência" para as
sobrepressões internas são os procedimentos que devem ser
adotados.
Estas "aberturas de .emer gência" podem ser janelas
· basculantes situadas em regiões de sucção ext erna ou mesmo a má
fixação de algumas telhas que, ao gerarem aberturas succionadas,
causam uma depressão interna diminuindo os efeitos das
sobrepressões devido à pressão interna.
V.3- Aspectos Estruturais doa Acidentes Devido à Ação do Vento
V.3.1- Preliminares
Os acidentes causados pela ação do vento em edificações
tem várias causas devido aos aspectos estruturais, na maioria das
vezes compreendem uma sucessão de erros que vão desde o projeto
até a execução.
Após um acidente com ruína total da
raras exceções, difícil estaçelecer qual
edificação é1 com
foi o problema
estrutural que realmente causou a ruína. O que se tem observado
nos acidentes, que diga- se de passagem são bastante frequentes, é
uma sucessão de erros estruturais , de execução e até mesmo na
qualidade do material empregado.
Apresenta- se a seguir, as principais causas estruturais
responsáveis por acidentes .
96
' .
•
.. ,
, ..
:•·
·.•
V.3.2- Comentários Gerais
V.3 .2.1 - Erros de Projeto
Os erros de projeto estão normalmente associados à
própria determinação da ação do vento, ou seja, a avaliação
correta da pressão de obstrução e dos coeficientes de pressão e
t ambém da concepção estrutural e dimensionamento adequado dos
elementos estruturais.
Entre os erros mais comuns destacam-se: fundações
inadequadas, sistemas de contraventamento mal projetados ou
inexistentes (em particular nas estruturas de madeira e aço),
detalhamento inadequado com as h i póteses de cálculo (apoios mal
executados, detalhes de armaduras incorretos, ausência de
elementos, etc), não consideração da ação do vento (comum em
edifícios de andares múltiplos) etc.
~undações inadequadas para uma edificação, normalmente
são decorrentes de erros do calculista ao não considerar os
efeitos do vento, em particular os efeitos de sucção que ocorrem
na edificação. Estes efeitos podem causar uma ação ascencional na
fundação (em particular para galpões leves) que no extremo conduz
à ruína da edificação.
Sistemas de contraventamento de coberturas, de aço ou
madeira, são muitas vezes mal projetados ou em outros casos nem
o que .poderá acarretar a flambagem de . elementos
estruturais ou de toda a estrutura conduzindo-a à ruína.
O contraventamento inadequado das colunas é outra
importante causa de acidentes devido ao vento . Muitas vezes
ocorre a flambagem de colunas o que, com certeza, acarretará a
ruína da edi ficação.
o mau detalhamento de aparelhos de apoio tem sido a
causa de muitos acidentes. Este aspecto ~ particularmante
importante na ligação de estruturas com diferentes materiais
(exemplo: colunas de concreto e coberturas de madeira ou aço) .
Não são raros os aparelhos de apoio· que não têm nênhum tipo de
fixação para força ascencional do vento.
97
' ' ' .
•
' '
Na concepção escrutural são cometidos erros que têm
conduzido muitas estruturas ã ruína devido a ação do vento . Este
a sp~cto compreende. a má concepção . da estrutura quer do ponto -de
vis'ta de elementos estruturai·s devidamente calculados para
resistir a ação do vento , q uer no "caminhamento das cargas" o u
mesmo na concepção "espacial" de uma estrutura.
Pode- se dizer q ue a má concepção estrutural é um erro
de projeto, resul tante de uma somat6ria de equívocos, cujo
resultado poderá ser a ruína da edificação, sendo de total
responsabilidade do pro jetista .
pode-se
poderá
Entre os problemas causados por def iciências de projeto
destacar a f lexibilidade excessiva de escruturas o que
acarretar grandes deslocamentos responsâveis por:
de,stelharnento de coberturas e fechamentos l a terais, trincas em
paredes de fechamento, crincas e m paredes de edifícios, ruptura
de caixilho s e vidros.
Este aspec to é particular mente important e para o caso
dos edifícios altos quanto ao apa recimento de trincas em paredes
ou ruptura de vidros. Pode- s .e dizer
ruína total de uma edificação com
que dific ilmente teremos a
problemas de flexibilidade
excessiva, porém as consequências des t es pode ser entendida como
um estado limite de utilização.
V.3.2.2- Erros de Execução·
Os erros de execução são mui tas vezes responsáveis
pelos acidentes ocorridos com ed~fi cações devido ã ação do vento .
Pode -se afirmar também q ue, após os acidentes onde ocorrem ruína
·c:otal da edifi cação, são muito d ifíceis de serem identificados,
porém . os exemplos obse rvados e oui:ros relatados na b ilbi ografia
indicam s erem estas as causas de uma infinidade de acidentes .
Ent t·e os e rros de execução pode-se destacar : paredes
mal executada o u realizadas com a rgamassa inadequada (ruína da
alvenaria), concreto com resis tência insuf i c iente em colunas
(ruína do conc r e to), má l igação de terças de aço ou madeira
(des telhamento) , etc .
98
' .
•
-
-
,.
-
-...
...
iilll
-..
..
..
..
..
-
-
-
-
-
-
-
-
'-
'-
-
-4-;
..
..
..
..
..
..
..
..
..
..
(1111
•
•
•
~
V.4- Exemplos d e Acidente Devido a Ação do Vento
Relac.a-se e ilustra - se , a seguir, alguns exemplos de
acidentes ocorridos devido a ação do vento.
A for.o l ilustra o destelhamento de um posto de
gasolina coberto com telhas i:ipo canalete e a foto 2 ilustra os
danos causados no fechamento la t.eral de um edifício industx·i a l .
. ~ ·-·-:1;1~, -..
·-~~,
FOTO 1 - Destelhamento parcia l
de posto de gasolina
FOTO 2 - Danos no fechament.o
l atera l - edifício industr ial
Apresenta-se, na foto 3, uma vise.a geral de edifi.cio
induscrial e sua situação no terreno, e na foto 4 urna vista
incerna do descelhamento. Ob$erva- se que a estrutura apresenta
problemas quanto a sua rigidez
(diagonais fora dos nós,
ineficiente)
,
:- ·r
r-~---- ..
.... ..
FOTO 3 - Vista externado edifício industrial
e que existem erros de projec.o
sise ema de conc.ravenc.amento
FOTO 4 - Vise.a i nterna do deste -
lhamento (água de barlavento f o i
mais afec.ada - esquerda)
99
' ) r
As fotos 5 e 6 ilustram acidentes em edificações com
cobertura em madeira. A f oto S ilustra um destelhamento de um
telhado de duas águas onde está evidente a flambagem lateral do
banzo superior.
~ -'
FOTO s - Destelhamento e flam -
bagem lateral do banzo superior
de t reliça de madeira
FOTO 6 - Destelhamento e ruína
de edifício com cobertura t ipo
duas águas de madeira
As fotos 7 e 8 ilustram dois exemplos da ruína devido à
ação do vento. Na foto 7 um erro c lássico de projeto ou de
execução : cobertura isolada de um posto de gasol i na onde,
internamente às colunas desce um tubo de queda de águas pluviais.
Na seção de máximo moment o, ou seja no pé da coluna, este tubo é
desviado para fora com o consequente enfraquecimento desta seção,
o que ocasionou a ruína da cobertura.
A foto 8 ilustra a ruína de uma torre de iluminação
onde está claro que ocorreu na seção menos resistente às ações
axiais geradas pela ação do vento.
100
•
: ~
•
•
..
,.
FOTO 7 - luina da bas e da colu-
na devido ao enfraquecimento da
seção para passagem de u m tubo
de águas pluviais
FOTO 8 - Ruína de torre de
iluminação d e um campo d e
futebol
A foto 9 ilustra a ruína de uma casa onde está
evidenciado o colapso da alvenaria e do pilar de concreto .
••
FOTO 9 - Ruína de uma residência
A foto 10 ilustra um acidente cíp ico em arcos
at:iran tados. A força ascencional do vt:en t o associada à
f!exipilidade das colunas inverteu as ações devido a carga
perma'nente, ou seja, o arco passou a ser solicitado à tração e os
tirantes à compressão .
l Ol
• ' ...
•
.
'
1
A
solicitações
impossibilidade
de compressão
dos tirant es
associada a
"re~pond·erem ''
deslocabilidade
às
das
colunas
vento,
res u l tou em grandes deslocamentos que_,
ocassionou a ruptura dos tirantes com
após a ação do
'
'a consequente
plastificação da seção central do arco.
FOTO 1 0 - Ruína de uma cobertura em arco atirantado
As fotos 11 e 12 i l ustram a ruína total de uma
edificação industrial, que devido ao efei to ascencional do vento,
teve sua cobertura lançada a g rande distância, i ncluindo vigas de
concreto armado com telhas , terças e estrutura .
FOTO 11 - Vista geral do aciden-
te devi do a a ç ão do vento
10 2
•
• J."' . -
~ ,--- -..- · .
,... .. · ,-' ..._ . -
.&.J.~ ·:..; -
POTO 12 - Terças e vigas de
concreto lançadas a grande
d i stância
<"
I ·
•
A constr.ução de edif icações e estruturas sem os devidos
projetos estruturai s tem sido a causa de uma série de acidentes .
Isto é mais comum e m estruturas de cobertura e pequenos galpões
de aço e madeira, construidos por carpinteiros ou serralheiros
que não têm nenhum conheci mento técnico.
A a usêncià de um projeto estrutural decorre t ambém da
pr6pria legislação brasileira de "exigir" um responsável técnico,
porém, satisfazendo esta exigência legal com um simples projeto
arquitetônico. A impunidade destes 11 responsáveis" técnicos, ou
seja, engenheiros "assinadores de plantas", faz c om que pouca
atenção Seja dada ao projeto estrutural. As consequências destas
"obras b~ratas " s ão muitas vezes desastrosas, com a ruína total
e, às vezes, com vítimas.
As fotos 13 e 14 ilustram dois a cidentes com estruturas
fabr icadas s em projeto, a ruína da cobertura de postos de
gasolina.
FOTO 13 - Ruína da coluna
·.·
'·
FOTO 1 4 - Plast if icação 1:ot:a l das
treliças d<, cobe1·tura d() posto de
gasolin.:i
.?\s fotos 15 e .1 6 ilu.strtt!H 4j r.ul 11 .:1 de u,no cobcrturv em
arco . fabricada por serral heiros C<J1u açu cl~ <.:Onstruvãu. 8sLt t. ipo
d e estrutura uti l izando aço de const ruçdo é ~nuito cotnum no
Brasil, bem como os acident e s .
103
' '
y
FOTO lS • . .Vista geral da ruína
de uma cober tura em arco
V. 5 - Coment ários Finais
• 1
FOTO 16 - Detalhe da plastifica-
ção de uma s eção do arco
Os acidentes causados pela a ção do vento têm acontecido
no Brasil com muita frequência, embora na maioria das vezes eles
não se jam devidamente divulgados e invest i gados.
A ação do vento é part i cularmente importante para
cober turas e edificações leves, porém, as consequências devem ser
devidamente avaliadas e ext endidas a todas as estruturas,
merecendo atenção e cuidado por parte dos engenheiros
calc.ulistas .
104
•
1
' .
.J
•
• 8
I!!
,.,
CAPÍTULO VI
Exercícios Propostos
VI.1 - Determine a pressão de obstrução e o coeficiente de pressão
nas edif·icações cujas características (cotas em m) estão, a
seguir, relacionadas:
VI . 1 . 1) Local da Obra, São Carlos
11
portão__/
9m2
lSm
CORTE; A - A
VI.1 . 2) Local da Obra, Porto Alegre
...----=Jc::O:... - -- i.
·--
105
' : ,;
Zona Industrial
A~I
.
30ml
/ 6 janelos
4 m 2 /janelo
Zona lndust.rial
· 10 Janelos L8m / janelo portão 12m2
60 ..t
, '
VI. l. ·3) Local da Obra : Fortaleza
aberturas lixos T
J0,30x301
"' ··-· .
portão -,.
12 rn 2 '
:::; 1
1 10 10 10 10 !
-+---- ".:..::....0 __ _..1 ·.
CORTE 8 -8
VI . l.4) Local da Obra : Ubatuba
1
- ---.-
e; 1
~"'ºJ
_ '-0.~
e; e; .
<:o <:o
15m2
-+-- 40m .. ~ l f ·
VI. L S) Local da Obra : São Carlos
"' ~ r-,
@' L
J 25
portão
,s·''~
- ---~-t
--r
- '--------1---IL-~
CORTE e-e
106
•
--
J
Zona (11dust:ria l
-
40
~--·----=----- -.-
I
Praia
)-
; Aberturas lixos
(0,50x 70 1
70m
Zona Rura l
10 jonclos
4m2/jon
6 janelos
/ 3 rn2/ jon.
30
e
e
-- '
lôs
B
e:::::--
-~
lã
~
1
' j
l
1
'
1
•
1
• l
l ;
• 1
'
. '
i
'
t
1
1 )
•
•
. j
.J
VI.2- Para os edifícios habita c i onais , c ujas car acterísticas
e stão abai xo rela cionadas, cal cule a s forças de arrasto:
VI . 2 . 1 ) Local da Obra : São Paulo Centro
A/furo = 4üm * Oiv/dir en, 4 parles
:fom
PLANTA
VI .2 . 2) Local da Obra: São Paulo Centro
A lluro=40m
40m
PLANTA
VI.2:3) Local da Obra : São Paul o Centro
Aflur o : 40.m
60m
VI . 2.4 ) Local da Obra : São Paulo Centro
Allv ro = 10m
1 07
•
: 1 1 y
VI.2 . 5) Local da Obra : São Paulo CentJ?o
~ A/lura= 40m j 40m j
VI . 3 - Analise, criticamente, os valores obtidos da força de
arrast o do exercfc~o VI . 2.
VI . 4 - Apresente a dedução do Ce, baseado no teorema de Bernoulli,
e discuta os l imites de sobrepressão e sucção a par tir das
expressões obtidas.
108
. ,
•
1
'
i
t
1
• 1
;
,
' ; j
l
~
J
CAPÍTULO VII
Bibliografia
AMERICAN SOCIETY OF CIVIL ENGINEERS (ASCE). Minimum design loads
for buildings and ocher scruccures . Revision and redesignation
of ANSI ASB.1 -1 982. New York, 1990. 94p .
BALLIO, G.; MAZZOLANI, F . M. Struccure in acciaio . Milano, Ulrico
Hoepli Editore, 1988 . 779p .
BLESSMANN, J . Aç.;o d o vento em edifícios . 2.ed.rev .
Alegre, Editora da Universidade/OFRGS , 1989. 8 lp .
Engenharia Estrutural , 7 )
BLESSMANN, J. Aciden ces causados pelo vento .
Alegre, Edi t ora da Uni versidade/UFRGS, 1986 .
Engenharia Es trutural, 2)
BLESSMA.NN , J. Ae rodinâm:i ca das cons c:i~uções.
3.ed.rev .
8 lp.
Porco
Editora da Universídad e/UFRGS; Brasília, CNPq, 1983 .
(Sêrie Engenhari a Es t rutural, 8)
Porto
(Série
Porto
(Série
Alegre,
255p.
BLESSMA.NN, .J .
de venco.l979 . 6 lp.
Consi deraçõev sobre~
2 ·. ed. Por t o .l\legre,
,ll9w1s Lópicos para um.a norma
Editora da Un i v.ersidade/UFRGS,
(Série Engen haria E:strut u ,·a l , 1)
109
'; .
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114