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Ação do Vento nas Edificações

• Sumário

– Conceitos iniciais

– Velocidade do vento

Introdução à Engenharia de Estruturas2

– Coeficientes aerodinâmicos e ação estática do vento

– Exemplo Prático

Introdução

• Diferenças de pressão => movimento das massas de ar

• Caráter aleatório na intensidade, duração e direção.


Como Quantificar???

Como Quantificar?

F = Cf . q .A

Cf – coeficiente de força

q – pressão dinâmica

A – área de referência

q = 0,613.Vk2

Vk – velocidade característica

do vento

V = V . S S S


Cf - características

Geométricas

A – área exposta ao

vento

Vk = V0. S1. S2. S3

V0 – velocidade básica do vento

S1 – fator topográfico

S2 – rugosidade, dimensões e altura

S3 – fator estatístico

Velocidade do Vento

• Fatores intervenientes:

– Local

– Tipo de terreno (plano, aclive, morro)


– Altura da edificação

– Rugosidade do terreno

– Tipo de ocupação

• Velocidade básica (Vo)

– Rajada de 3 s

– Excedida uma vez em 50 anos

– A 10 m acima do terreno

– Em campo aberto e plano

Velocidade do Vento


– Em campo aberto e plano

– Admite-se que o vento básico pode soprar de qualquer direção horizontal

– Na dúvida ou em obras de excepcional importância

• Estudo específico para a determinação de Vo

• Podem ser consideradas direções preferenciais, se devidamente justificadas.

• Isopletas

Velocidade do Vento


• Fator topográfico S1

– Terreno plano S1= 1

Velocidade do Vento


– Vales protegidos S1 = 0,9

– Morros e Taludes – S1 conforme a seguir

Velocidade do vento


– Morros e Taludes

Pontos A e C

S1 = 1,0


Velocidade do vento


– Morros e Taludes

• Pontos A e C: S1 = 1

• Ponto B: 0,1)(3 1 =→≤ zSoθ


• Ponto B:

• Entre A e B, B e C => interpolar

• Entre 3 e 6º, entre 17 e 45º=> interpolar

131,0)5,2(0,1)(45

1)3()5,2(0,1)(176

0,1)(3

1

1

1

≥⋅−+=→≥

≥−−+=→≤≤

=→≤

d

zzS

tgd

zzS

zS

o

ooo

θ

θθ

θ

Velocidade do vento

• Fator S2

– Efeito combinado:

Rugosidade do terreno


• Rugosidade do terreno

• Dimensões da edificação

• Altura sobre o terreno

Velocidade do vento


– Categoria I:

• Superfícies lisas de grandes dimensões com mais de 5


km de extensão, medida na direção e sentido do vento

incidente.

• Exemplos: mar calmo, lagos e rios, pântanos sem

vegetação.

Velocidade do vento


– Categoria II:

• Terrenos abertos em nível ou aproximadamente em

nível, com poucos obstáculos isolados, tais como árvores

e edificações baixas.


e edificações baixas.

• Exemplos: zonas costeiras planas, pântanos com

vegetação rala, campos de aviação, pradarias e

charnecas, fazendas sem sebes ou muros.

• A cota média do topo dos obstáculos é considerada inferior ou igual a 1,0 m.

Velocidade do vento


– Categoria III:

• Terrenos planos ou ondulados com obstáculos, tais como

sebes e muros, poucos quebra-ventos de árvores,

edificações baixas e esparsas.


• Exemplos: granjas e casas de campo (com exceção das

partes com matos), fazendas com sebes e/ou muros,

subúrbios a considerável distância do centro, com casas

baixas e esparsas.

• A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 3,0 m.

Velocidade do vento• Rugosidade do terreno

– Categoria IV:

• Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco

espaçados, em zona florestal, industrial ou urbanizada.

• Exemplos: zonas de parques e bosques com muitas


• Exemplos: zonas de parques e bosques com muitas

árvores, cidades pequenas e seus arredores, subúrbios

densamente construídos de grandes cidades, áreas

industriais plena ou parcialmente desenvolvidas.

• A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 10 m.

Velocidade do vento


– Categoria V:

• Terrenos cobertos por obstáculos numerosos, grandes,

altos e pouco espaçados.


• Exemplos: florestas com árvores altas, de copas isoladas,

centros de grandes cidades, complexos industriais bem

desenvolvidos.

• A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual

ou superior a 25 m.

Velocidade do Vento


– Classe A (3 s)

• Todas as unidades de vedação, seus elementos de fixação


• Todas as unidades de vedação, seus elementos de fixação

e peças individuais de estruturas sem vedação. Toda

edificação na qual a maior dimensão horizontal ou

vertical não exceda 20 m.

Velocidade do vento


– Classe B (5 s)


• Toda edificação ou parte de edificação para a qual a

maior dimensão horizontal ou vertical da superfície

frontal esteja entre 20 m e 50 m.

Velocidade do vento


– Classe C (10 s)





frontal exceda 50 m.

– Anexo A da NBR 6123

• Superfície frontal maior que 80 m.

Velocidade do vento

• Fator S2


Velocidade do Vento

• Fator Estatístico S3

– Vida útil: 50 anos

– Vo superado: 63%

– adequados para edificações normais destinadas a


– adequados para edificações normais destinadas a

moradias, hotéis, escritórios, etc. (grupo 2)

– Anexo B da NBR 6123:1988:

• Outros níveis de probabilidade

• Outros períodos de exposição

Velocidade do Vento

• Fator estatístico S3


Velocidade e Pressão Dinâmica do

Vento

• Velocidade Característica

Vk = Vo . S1 . S2 . S3

Pressão dinâmica


• Pressão dinâmica

– q em N/m2 e Vk em m/s

Coeficientes de Pressão

• Força do Vento Diferença de Pressão

– Pressão efetiva (∆p) em um ponto da superfície de

uma edificação:


Coeficientes de Pressão

• Como

• Vale também


Cpe +, Cpi +, ∆p + =>

sobrepressão

Cpe -, Cpi -, ∆p - => sucção

• Vale também

Coeficientes de Forma

• Forças:


• De forma análoga

Coeficientes de Força

• Força Global Soma vetorial das forças

• Força na direção do vento = Força de arrasto


Exemplo Prático


Exemplo Prático

• Dimensionamento da estrutura suporte e de

fixação da Barreira Acústica instalada no Metrô

de São Paulo

• Dados:


• Dados:

• Localização: Cidade de São Paulo

• Altura: aproximadamente 20 m do solo

Exemplo Prático


Relembrando...

F = Cf . q .A




q = 0,613.Vk2

Vk – velocidade característica

do vento

V = V . S S S


Cf - características

Geométricas

A – área exposta ao

vento

Vk = V0. S1. S2. S3

V0 – velocidade básica do vento

S1 – fator topográfico

S2 – rugosidade, dimensões e altura

S3 – fator estatístico

Determinação da Velocidade Básica do Vento - Vo


Vo – 40 m / seg

Determinação do Fator Topográfico - S1


– Terreno plano S1= 1 Local da obra


– Vales protegidos S1 = 0,9

– Morros e Taludes – S1 conforme cálculos

apresentados

Determinação do Fator S2 (rug, dim, alt)

Depende:

Categoria


Classe

Categoria II:

Terrenos abertos em nível ou aproximadamente em

nível, com poucos obstáculos isolados, tais como

árvores e edificações baixas.



Exemplos: zonas costeiras planas, pântanos com

vegetação rala, campos de aviação, pradarias,

fazendas sem sebes ou muros.

A cota média do topo dos obstáculos é considerada

inferior ou igual a 1,0 m.

Classe C (10 s)








Categoria: II

Classe: C


S2 = 1,02

Determinação do Fator Estatístico - S3


S3 = 1,00

Vk = V0. S1. S2. S3

V0 = 40 m/s (velocidade básica do vento)

S1 = 1,0 (fator topográfico)

S2 =1,02 (rugosidade, dimensões e altura)

Determinação da Velocidade Característica do Vento - Vk


S2 =1,02 (rugosidade, dimensões e altura)

S3 =1,0 (fator estatístico)

Vk = 40. 1,0. 1,02. 1,0

Vk = 40,8 m/s

q = 0,613.Vk2

Vk = 40,8 m/s – velocidade característica do vento

q = 0,613.40,82

Determinação da Pressão Dinâmica do Vento - q


q = 0,613.40,82

q = 1020,42 N/m2

F = Cf . q .A




Cálculo da Força devida ao Vento

Cf = 0,7 para sobrepressão

Cf = -0,5 para sucção

A = 2,0 x 4,5 = 9 m2


Sobrepressão

F = 0,7. 1020,42 .9

F = 6428,65 N = 6,43 kN

Sucção

F = -0,5. 1020,42 .9

F = -4591,89 N = -4,6 kN

Bibliografia

• ABNT - NBR 6123. Forças devidas ao vento em Edificações - Procedimento. Rio de Janeiro, 1988.

• SÁLES, J. J.; MALITE, M.; GONÇALVES, R. M.


• SÁLES, J. J.; MALITE, M.; GONÇALVES, R. M. (1999). Ação do vento das Edificações. Notas de aula. EESC-USP.

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