Acao Do Vento Em Edificacoes Apostila UPF

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3 - AES DO VENTO EM EDIFICAES3.1 IntroduoO vento no um problema em construes baixas e pesadas com paredes grossas, porm em estruturas esbeltas passa a ser uma das aes mais importantes a determinar no projeto de estruturas. As consideraes para determinao das foras devidas ao vento so regidas e calculadas de acordo com a NBR 6123/1988 Foras devidas ao vento em edificaes. A maioria dos acidentes ocorre em construes leves, principalmente de grandes vos livres, tais como hangares, pavilhes de feiras e de exposies, pavilhes industriais, coberturas de estdios, ginsios cobertos. Ensaios em tneis de vento mostram que o mximo de suo mdia aparece em coberturas com inclinao entre 80 e 120, para certas propores da construo, exatamente as inclinaes de uso corrente na arquitetura em um grande nmero de construes. As principais causas dos acidentes devidos ao vento so: a) falta de ancoragem de teras; b) contraventamento insuficiente de estruturas de cobertura; c) fundaes inadequadas; d) paredes inadequadas; e) deformabilidade excessiva da edificao Muitos casos no so considerados dentro da NBR 6123, porm quando a edificao, seja por suas dimenses e ou forma, provoque perturbaes importantes no escoamento ou por obstculos na sua vizinhana, deve-se recorrer a ensaios em tnel de vento, onde possam ser simuladas as caractersticas do vento natural. importante definir alguns dos aspectos que regem as foras devidas ao vento, antes de passar a seu clculo. O vento produzido por diferenas de temperatura de massas de ar na atmosfera, o caso mais fcil de identificar quando uma frente fria chega na rea e choca-se com o ar quente produzindo vento, esse tipo de fenmeno pode ser observado antes do incio de uma chuva. Define-se o termo barlavento com sendo a regio de onde sopra o vento (em relao a edificao), e sotavento a regio oposta quela de onde sopra o vento (veja-se Fig. 3.1). Quando o vento sopra sobre uma superfcie existe uma sobrepresso (sinal positivo), porem em alguns casos pode acontecer o contrrio, ou seja existir suco (sinal negativo) sobre a superfcie. O vento sempre atua perpendicularmente a superfcie que obstri sua passagem (vide Fig. 3.1).VENTO

VENTO

BARLAVENTO

SOTAVENTO

Superfcie frontal perpendicular direo do vento

Figura 3.1 Definies bsicas do vento Os clculos so determinados a partir de velocidades bsicas determinadas experimentalmente em torres de medio de ventos, e de acordo com a NBR6123 a 10 metros de

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altura, em campo aberto e plano. A velocidade bsica do vento uma rajada de trs segundos de durao, que ultrapassa em mdia esse valor uma vez em 50 anos, e se define por V0. Essas velocidades foram processadas estatisticamente, com base nos valores de velocidades mximas anuais medidas em cerca de 49 cidades brasileiras. A NBR6123 desprezou velocidades inferiores a 30 m/s. Considera-se que o vento pode atuar em qualquer direo e no sentido horizontal. A Fig. 3.2 representa os valores de velocidade bsica atravs de curvas isopletas (mesma velocidade do vento). Como uma indicao do que acontece na regio de Passo Fundo, apresenta-se na Tab. 3.1 as velocidades mximas e mdias medidas na Estao Agro - Meteorolgica da EMBRAPA Trigo. Tabela 3.1 Velocidades mximas e mdias medidas na Estao meteorolgica da EMBRAPA Trigo, no perodo 1977-1994, tendo como referncia a altura de 10m (Fonte: CUNHA, 1997). Velocidade mdia (ms) e direo considerada Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out 4,1 3,9 3,8 4,0 3,9 4,2 4,7 4,4 4,7 4,5 NE NE NE NE NE NE NE NE NE NE Velocidade mxima (m/s) e direo da velocidade mxima Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out 28,8 27,2 26,5 31,0 34,1 28,7 40,0 24,8 41,3 38,8 N NW NW N S N NW W N S

Velocidade Durao

Nov 4,3 NE Nov 39,0 SW

Dez 4,2 NE Dez 27,2 W

Velocidade Durao N=Norte, NE=Nordeste, NW=Noroeste, S=Sul, W=Oeste e SW=Sudoeste.

3.2 Determinao da presso dinmica ou de obstruoA Velocidade caracterstica Vk : a velocidade usada em projeto, sendo que so considerados os fatores topogrficos (S1), influncia da rugosidade(obstculos no entorno da edificao) e dimenses da edificao (S2) e o fator de uso da edificao (que considera a vida til e o tipo de uso). A velocidade caracterstica pode ser expressa como: Vk = Vo S1 S2 S3 Onde: Vo : velocidade bsica S1 : fator topogrfico S2 : fator de rugosidade e dimenses da edificao S3 : fator estatstico

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Figura 3.2 Mapa de isopletas de vento, Velocidade Bsica

Os valor do fator S1 pode tomar os seguintes valores: a) Terreno plano ou quase plano : S1 = 1,0 b) Taludes e morros (veja-se NBR6123/1988) c) Vales protegidos : S1 = 0,9

B S1(z)4dd

C S1=1 VENTO

B S1(z)

1,04, sendo definida no item 6.4 d NB6123.

3.5 Efeitos Dinmicos e Edificaes Esbeltas e FlexveisOs efeitos do vento so de caracter dinmico, porm na maioria das construes esses efeitos podem ser substitudos por aes estticas equivalentes. Em edificaes esbeltas e flexveis, principalmente aquelas com baixas freqncias naturais de vibrao

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(f < 1,0 Hz), os efeitos dinmicos devem ser considerados. A seguir apresentam-se de maneira sucinta alguns dos possveis efeitos dinmicos devidos ao vento. Desprendimento de vrtices

F

FEfeitos de Golpe

Galope : movimento da edificao e forma. Maiores que os dos vrtices.F

F

Drapejamento : acoplamento de vibraes em diferentes graus de liberdade. Ocorre em estruturas esbeltas (seo alongada).

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Vibrao

Maiores detalhes sobre as aes dinmicas devidas ao vento, recomenda-se o livro: Blessmann, Joaquim, Introduo ao Estudo das Aes Dinmicas do Vento. Porto Alegre: Editora da Universidade/UFRGS, 1998

NOTA: Existe um programa para clculo de vento de uso gratuito para edificaes a duas guas que pode ser encontrado no endereo: http://www.etools.upf.br

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Tabela 3.6 Coeficientes de presso e forma, externos, para paredes de edificaes de planta retangular

Notas: a) Para a/b entre 3/2 e 2, interpolar linearmente. o a) Para vento a 0 , nas partes A3 e B3 o coeficiente de forma Ce tem os seguintes valores: Para a/b = 1 : o mesmo valor das partes A2 e B2 Para a/b => 2 : Ce= -0,2 Para 1 < a/b < 2 : interpolar linearmente. o 0 b) Para cada uma das duas incidncias do vento ( 0 e 90 ) o coeficiente de presso mdio externo, Cpe mdio, aplicado parte de barlavento das paredes paralelas ao vento, em uma distncia igual a 0,2B ou H, considerando-se o menor destes dois valores. c) Para determinar o coeficiente de arrasto, Ca, deve ser usado o grfico da Fig. XX (vento de baixa turbulncia) ou da Fig. XX (vento de alta turbulncia).

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Tabela 3.7 Coeficientes de presso e forma, externos, para telhados com duas guas, simtricos, em edificaes de planta retangular

Notas: a) O coeficiente de forma Ce na face inferior do beiral igual ao da parede correspondente. b) Nas zonas em torno de partes de edificaes salientes (chamins, reservatrios, etc.) ao telhado deve ser considerado um coeficiente de forma de Ce = 1,2, at uma distncia igual a metade da dimenso da diagonal da salincia vista em planta. c) Na cobertura de lanternins, Cpe mdio = -2.0 o d) Para vento a 0 , nas partes I e J o coeficiente de forma Ce tem os seguintes valores: a/b = 1 : mesmo valor das partes F e H; a/b => 2 : Ce = -0.2. Interpolar linearmente para valores intermedirios de a/b.

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3.6 Exemplo ADeterminar os coeficientes de presso do vento para o galpo mostrado abaixo. O galpo localiza-se em Passo Fundo RS e usado como depsito. O tapamento e cobertura em chapa zincada.

= 10 - Considerar: Vento frontal (V1) e lateral (V2).

Soluo: a) Presso dinmica do vento 1- Velocidade bsica Vo Vo= 45 m/s - (Conforme Fig. 1 - NBR 6123) 2- Velocidade Caracterstica Vk Vk= S1 x S2 x S3 x Vo - fator topogrfico S1: S1= 1.0 (item 5.2.a - NBR 6123) - fator rugosidade do terreno e dimenses da edificao S2: rugosidade do terreno: considerando terreno com poucos obstculos. Categoria III - (item 5.3.1 NBR 6123) dimenses da edificao: uma das dimenses maior que 50m

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Classe C (item 5.3.2 - NBR 6123) obteno do fator S2: pode ser obtido pela frmula S2= b x Fr x (z / 10)p , considerando os valores da Tabela 1 ou diretamente da Tabela 2, do item 5.3.3 - NBR 6123. S2= b x Fr x (z / 10)p , onde: z= altura da edificao S2= 0.93 x 0.95 x (7.76 / 10)0.115 = 0.858 - fator estatstico S3: S3= 0.95 (edifcio com baixo fator de ocupao depsito Grupo 3 Tabela 3 NBR 6123) Vk= S1 x S2 x S3 x V0 Vk= 1.0 x 0.858 x 0.95 x 45= 36.68m/s

3- Presso dinmica q: q= 0.613 x Vk2 q= 0.613 x (36.68)2 q= 825 N/m2

b) Coeficientes de presso e forma, externos, para as paredes laterais e frontais. valores de acordo com Tabela 4 - NBR 6123

b

a

a= 60m b= 20m h= 6m

h/b= 6/20= 0.3 a/b= 60/20= 3.0

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h

h/b 1/2 (0.3) (0.4)

e

2< a/b 4 (3.0)

Valores de Ce

= 0A1 e B1 A2 e B2 -0.8 -0.4 C +0.7 D -0.3 A +0.7 B -0.5

= 90C1 e D1 -0.9 C2 e D2 -0.5

Cpe mdio -1.0

0+0.7 -0.8 -0.4 -0.8 -0.4 -0.9 -0.5 +0.7

90

-0.5

-0.2

-0.2

-0.3

-0.9

-0.5

b ou a

-1.0

c) Coeficientes de presso e forma, externos, para a cobertura valores de acordo com a Tabela 5 - NBR 6123 h/b= 0.3 - h/b Zacarias Chamberlain [email protected] - http://upf.br/~zacarias

h

= 10 Valores de Ce 10

= 90EF -1.2 GH -0.4 EG -0.8

= 0FH -0.6 -1.4

Cpemdio -1.4 -1.2

Valores utilizados para clculo da estrutura principal

Valores utilizados para clculo das teras, telhas e ancoragens

Ce:

0E -0.8 F -0.6 I -0.2 G -0.8 H -0.6 J -0.2 E -1.2 G -0.4 H -0.4 J -0.4

90

F -1.2 I -1.2

Cpe:y

-1.4alfa

-1.2

d) Presso Interna O clculo da presso interna feito de acordo com o item 6.2 - NBR 6123.

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Para efeito de clculo deste exemplo, desprezamos a possibilidade de abertura dominante em qualquer face e consideramos conforme o item 6.2.5.a, que geralmente o mais usado para galpo desde que as aberturas no sejam exageradas, logo: Cpi= +0.2 ou Cpi= -0.3 (adotar o mais nocivo)

+0.2 Cpi= +0.2

-0.3 Cpi= -0.3

e) Coeficientes de presso para dimensionamento de teras, telhas e ancoragens.

-1.4

-1.4

-1.4 -1.0 +0.7

-1.2

-1.2

-0.4

-1.0

-0.5

Seo 1

Seo 2

f) Coeficientes de presso para estrutura principal (prticos) Para o dimensionamento da estrutura principal, adota-se a combinao entre as presses externas e internas mais crtica.

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1.0

1.0

0.5

0.5

1.0

1.0

0.5

1 Caso: Ce(0)+Cpi(+0.2)

2 Caso: Ce(0)+Cpi(-0.3)

1.4

0.6

0.9

0.1

0.5

0.7

1.0

3 Caso: Ce(90)+Cpi(+0.2)

4 Caso: Ce(90)+Cpi(-0.3)

Obs.: Para o clculo de um prtico isolado, multiplica-se esses coeficientes pela presso dinmica q e pela distncia entre os prticos d. Carga: Coeficiente x q x d [N/m] Para o contraventamento, adota-se os valores das presses atuando perpendicularmente aos prticos, ou seja, neste caso, = 0.

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3.7 - Exemplo B Determinar os coeficientes de presso do vento para o prdio abaixo. O prdio localiza-se em Fortaleza CE e ser usado como ginsio poliesportivo. O tapamento ser em alvenaria e ter janelas ao longo de toda a parede e a cobertura ser em chapa zincada.

Soluo: a) Presso dinmica do vento 1- Velocidade bsica do vento Vo Vo= 30m/s (Fig.1 NBR6123) 2- Velocidade caracterstica Vk Vk= S1 x S2 x S3 x Vo fator topogrfico S1: S1= 1,0 Fator S2: S2= b x Fr x(z / 10)p S2= 0,85 x 0,98 x(14 / 10)0,125 S2= 0,869 fator S3: S3= 1,0 (edifcio com alto fator de ocupao)

Vk= 1.0 x 0.869 x 1.0 x 30= 26.07m/s 3- Presso dinmica q q= 0.613 x Vk2 q= 0.613 x 26.072 = 417N/m2

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b) Coeficientes de presso e forma, externos, para as paredes laterais e frontais Valores de acordo com a tabela 4 - NBR 6123

a

a= 36m b= 30m c= 8 + 6= 14m

h/b= 14/30= 0.47 a/b= 36/30= 0.1.20

b

h/b< 1h/b3/2

Valores de Ce

= 0A1 e B1 A2 e B2 -0.8 -0.5 C +0.7 D -0.4 A +0.7 B -0.4

= 90C1 e D1 -0.8 C2 e D2 -0.4

h

Cpe mdio -0.9

0+0.7 -0.8 -0.5 -0.8 -0.5 -0.8 -0.4 +0.7

90

-0.4

-0.44

-0.44

-0.4

-0.8

-0.4

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b ou a

-1.0

c) Coeficientes aerodinmico para a cobertura Valores de acordo com o anexo E NBR 6123 f / l2 = 6 / 30= 0,2 (1/5) h / l2 = 8 / 30= 0,267 (1/3,75) (1/4)

Cpe 1 -0,9 Vento Geratiz 2 3 4 5 -0,6 -0,8 -0,8 -0,4 6 -0,2 Vento Oblquo Vento // Geratriz A1+A2 B C D1+D2 A1 A2 -0,8 -0,6 -0,3 -0,2 -1,8 -1,8

Vento A1 A26l2= 36m h

1

2

3

4

5

Vento

Largura: l1l2

B C

l1= 30m

l2/4= 36/4= 9m 0.1xl1= 0.1x30= 3m Vento Geratriz

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l2/4

Vento

Geratriz

D2 D1

l2/4

l2/4

l2/4

h

d) Presso interna (item 6.2 NBR 6123) Considerado conforme item 6.2.5.a Cpi= +0.2 ou -0.3

e) Coeficientes de presso para dimensionamento dos arcos

1.1

0.8

1.0

1.0

0.6

0.4

0.6

0.3

0.5

0.5

0.1

0.1

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

1 Caso: Vento _|_ + Cpi (+0.2)1.0 1.0

2 Caso: Vento _|_ + Cpi (-0.3)0.1 0.1

3 Caso: Vento // + Cpi (+0.2)

4 Caso: Vento // + Cpi (-0.3)

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