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Palavras-chave: Carga de vento. Guindaste 5 páginas

Cálculo da carga do vento emguindaste

NBR 13129ABR 1994

Origem: Projeto 05:012.02-007/1991CB-05 - Comitê Brasileiro de Automóveis, Caminhões, Tratores, Veículos Similarese AutopeçasCE-05:012.02 - Comissão de Estudo de Máquinas RodoviáriasNBR 13129 - Cranes - Wind load assessment - ProcedureDescriptors: Wind load. CraneEsta Norma foi baseada na ISO 4302/1981Válida a partir de 30.05.1994

Procedimento

1 Objetivo

1.1 Esta Norma fixa as condições exigíveis para o cálculoda carga do vento em guindastes.

1.2 Este procedimento de cálculo admite que o vento so-pre horizontalmente em qualquer direção, a uma veloci-dade constante, e que exista uma reação estática às car-gas que o vento aplica na estrutura do guindaste. Estareação inclui tolerâncias embutidas, para os efeitos das ra-jadas de vento (mudanças rápidas da velocidade dos ven-tos) e para a resposta dinâmica.

2 Condições gerais

2.1 Pressão dinâmica do vento

2.1.1 A pressão dinâmica do vento “p” é dada pela seguinteequação:

Onde:

K = fator relacionado com a massa específica do ar, oqual, para fins de projeto, é considerado constan-te (K = 0,613 kg/m3)

= velocidade do vento, usada como base para ocálculo

2.1.2 Quando “p” é expresso em kPa e “ ” em m/s, tem-se:

2.2 Condições de vento no projeto

Duas condições de vento no projeto são consideradas nocálculo da carga do vento em guindastes.

2.2.1 Ação do vento quando o guindaste está em operação

Vento máximo que o guindaste pode suportar sob con-dições de operação. Admite-se que a carga do vento éaplicada na direção menos favorável em combinaçãocom cargas apropriadas de serviço (que é a carga que oguindaste pode suportar, descontando-se a carga refe-rente à influência do vento). A velocidade dos ventos e apressão dinâmica do vento correspondente, quando oguindaste está em operação, são dadas na Tabela 1. Se ofabricante usar valores diferentes dos valores mostradosna Tabela 1, nesse caso os valores usados devem ser es-pecificados no certificado do guindaste.

2 NBR 13129/1994

2.2.1.1 Ação do vento em carga suspensa no guindaste

A ação do vento na carga suspensa deve ser consideradae o procedimento pelo qual isto é feito deve ser claramen-te descrito, conforme segue:

a) uma redução da carga nominal (que é a carga es-pecificada pelo fabricante que o guindaste podeoperar em condições normais) baseada na veloci-dade do vento, área de carga e fator de forma;

b) uma limitação da velocidade do vento, quando oguindaste está em operação, para cargas do ventoque excederem uma área de superfície estipulada;

c) uso da força dos ventos nos parâmetros de tama-nho e forma de carga suspensa. A força dos ven-tos na carga suspensa é calculada como um valormínimo, como segue:

- guindaste do tipo a) na Tabela 1:

f = 0,015 m.gn;

- guindaste do tipo b) na Tabela 1:

f = 0,03 m.gn;

- guindaste do tipo c) na Tabela 1:

f = 0,06 m.gn;

Onde:

f = força dos ventos na carga suspensa, emKN

m = massa da carga suspensa, em t

gn = aceleração da queda livre (gn 10 m/s2)

Nota: Quando um guindaste é projetado para transportar cargassomente de tamanho e forma específicos, a força dos ven-tos na carga suspensa deve ser calculada para as dimen-sões e configurações apropriadas.

2.2.2 Ação do vento quando o guindaste está fora deoperação

2.2.2.1 Vento máximo (tempestade) que sopra na direçãomenos favorável e que o guindaste pode suportar quandoem uma condição fora de operação. A velocidade do ven-to varia de acordo com a localização geográfica e o graugeométrico de exposição do guindaste aos ventos.

2.2.2.2 Os guindastes móveis com lança de 30 m de com-primento, no máximo, que podem ser baixados ao solocom facilidade, os guindastes com pino de articulaçãobaixo com lança telescópica e os guindastes com torresque podem ser facilmente estendidas e retraídas teles-copicamente por meio de mecanismo próprio apenas pre-cisam ser projetados para ação do vento, quando fora deoperação na posição baixada. As instruções de operaçãopara estes guindastes devem incluir o requisito de que aslanças e/ou torres devem ser presas quando não estãoem serviço.

2.2.2.3 As instruções de operação para os guindastes querequerem instalação de estabilizadores de vento ou outrosmeios não usados durante a operação, a fim de resistir àvelocidade especificada para ação do vento, quando osguindastes estão fora de operação, devem especificar avelocidade do vento que os guindastes podem suportarcom segurança, na sua configuração de operação. Asinstruções devem também descrever as provisões que de-vem ser especificadas, para que o guindaste possa su-portar com segurança a ação do vento especificado,quando ele está em operação.

3 Condições específicas

3.1 Cálculo da carga do vento

3.1.1 Para estruturas parciais e completas e componentesdo implemento usados nas estruturas dos guindastes, acarga do vento “F”, em kN, é calculada pela seguinteequação:

F = A . p. Cf

Onde:

A = área efetiva frontal da parte, em m2, isto é, a proje-ção da área sólida sobre um plano perpendicularà direção do vento

p = pressão do vento que corresponde à condiçãoapropriada do projeto, em KN/m2

Cf = coeficiente da força na direção do vento (ver 3.2)

Tabela 1 - Pressões e velocidades dos ventos quando o guindaste está em operação

Tipo de guindaste Velocidade do Pressão dinâmica vento (m/s) do vento (kPa)

a) Guindastes facilmente fixados contra a ação dos ventos,projetados somente para operação com ventos leves (porexemplo: guindastes de chassi baixo com lanças que 14 0,125podem ser baixadas facilmente ao solo)

b) Todos os tipos normais de guindastes instalados em áreas 20 0,25 livres

c) Guindastes descarregadores tipo transportador, que 28,5 0,50 devem continuar operando com ventos fortes

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3.1.2 Para calcular a carga dos ventos em condições quan-do o guindaste estiver fora de operação, a pressão do ven-to pode ser obtida como constante para todos os interva-los verticais de 10 m acima da altura de guindaste. Alter-nativamente, a pressão real do vento no projeto em qual-quer altura pode ser calculada, ou a pressão do vento noprojeto no topo da estrutura pode ser obtida como cons-tante acima da altura máxima.

3.1.3 A carga total do vento na estrutura é obtida como asoma das cargas em seus componentes.

3.2 Coeficiente das forças

3.2.1 Componentes do implemento, armações, etc.

3.2.1.1 Os coeficientes das forças para componentes doimplemento, armações de treliça única e alojamento deimplementos, etc. São dados na Tabela 2. Os valores pa-ra os componentes do implemento variam de acordocom a flambagem aerodinâmica e, no caso de vigas decaixa de seções grandes, com a relação da seção. A flam-bagem aerodinâmica e a relação da seção são definidasna Tabela 2.

Figura 1 - Dimensões para cálculo de flambagem e relação da seção de estruturas

Tabela 2 - Coeficientes das forças

Flambagem aerodinâmica (A)

Tipo Descrição l/b ou l/D5 10 20 30 40 50

Superfícies planas,seções ocas, retangulares, 1,3 1,35 1,6 1,65 1,7 1,9seções laminadas

Seções circulares, onde:

Componentes Dvs < 6 m2/s, 0,75 0,80 0,90 0,95 1,0 1,1do

implemento Dvs ¯ 6 m2/s 0,60 0,65 0,70 0,70 0,75 0,8

Seções quadradas acima b/dde 350 mm e retangularesacima de 250 mm x 450 mm ¯ 2 1,55 1,75 1,95 2,1 2

1 1,40 1,55 1,75 1,85 1,90,5 1,0 1,2 1,3 1,35 1,40,25 0,8 0,9 0,9 1,0 1,0

Seções laterais planas 1,7

Armações Seções circulares, onde:

de Dvs < 6 m2/s 1,2

treliça Dvs ¯ 6 m2/s 0,8

única

Alojamento Plataforma ou base da máquina (fluxo deda ar sob a estrutura evitado) 1,1

máquina

(A) Ver Figura.

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3.2.1.2 Os coeficientes das forças obtidas por meio dotúnel de vento ou ensaios em escala real podem ser tam-bém usados.

3.2.1.3 Quando uma armação é fabricada com seções cir-culares ou de seções circulares em ambos os regimes defluxo Dvs (< 6 m2/s) e Dvs (¯ 6 m2/s), onde D é o diâmetroda seção circular, em m, e vs é a velocidade do vento noprojeto, em m/s, os coeficientes apropriados da forçasão aplicados nas áreas frontais correspondentes.

3.2.1.4 A flambagem aerodinâmica é calculada através daseguinte equação:

3.2.1.5 A relação da seção é calculada através da seguinteequação:

3.2.2 Fatores de proteção de componentes do implemento ouarmações múltiplas

3.2.2.1 Quando componentes do implemento ou arma-ções paralelas são posicionados de maneira a propor-cionar proteção, a força do vento no componente ou arma-ção de proteção ao vento e nas partes desprotegidas écalculada usando-se os coeficientes apropriados de for-ça. Os coeficientes das forças nas partes desprotegidassão multiplicadas por um fator de proteção “η”, dado naTabela 3. Os valores de “η” variam com as relações desolidez e espaçamentos definidos na Tabela 3.

3.2.2.2 Quando existir um número de armações e compo-nentes do implemento idênticos, com espaçamentos eqüi-distantes entre si, de maneira tal que cada armação pro-teja a que estiver imediatamente anterior, é aceito que oefeito de proteção aumente até a nona armação e perma-neça constante daí em diante. As cargas dos ventos, emN, devem ser calculadas pelas seguintes equações:

a) na primeira armação:

b) na segunda armação:

c) na nona armação (quando η estiver entre 3 e 8):

d) na nona e em armações subseqüentes:

Tabela 3 - Fatores de proteção (η)

Relação de Relação de solidez A/Aeespaçamento

α /b 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 ¯ 0,6

0,5 0,75 0,4 0,32 0,21 0,15 0,1

1,0 0,92 0,75 0,59 0,43 0,25 0,1

2,0 0,95 0,8 0,63 0,5 0,33 0,2

4,0 1 0,88 0,76 0,66 0,55 0,45

5,0 1 0,95 0,88 0,81 0,75 0,68

6,0 1 1 1 1 1 1

3.2.2.3 A carga total do vento, em N, é então:

a) quando existirem até nove armações:

b) quando existirem mais de nove armações:

3.2.2.4 Para fins de projeto, o valor de ηx, usado na equaçãoanterior, é considerado como 0,10, sempre que, numeri-camente, este for menor que 0,10.

3.2.2.5 A relação de solidez é calculada através da seguin-te equação(ver Figura 2):

(n - 9)

(n > 9)

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3.2.2.6 A relação de espaçamento é calculada através daequação (ver Figura 3):

3.2.3 Torres de treliça

3.2.3.1 No cálculo da carga do vento na face em torresquadradas, a área sólida da face de proteção do vento émultiplicada pelos seguintes coeficientes de força total:

a) para torres compostas de seções planas:

b) para torres compostas de seções circulares:

3.2.3.2 O valor de η é obtido da Tabela 3 para a/b = 1, deacordo com a relação de solidez da face de proteção dovento.

3.2.3.3 A carga máxima do vento em uma torre quadradaocorre quando o vento sopra em uma quina. Isto pode sertomado como 1,2 vez para carga na face.

3.2.4 Partes inclinadas para a direção do vento

Quando o vento sopra em um ângulo com o eixo geomé-trico longitudinal do componente de implemento ou coma superfície de uma armação, a força na direção do vento,F, em N, é obtida da equação:

Onde:

F, A, p e Cf = definidos em 3.1.1

θ = ângulo do vento (θ < 90°) com o eixo geométricolongitudinal do componente de implemento ousuperfície da armação

Figura 2 - Dimensões para cálculo da relação de solidez

Figura 3 - Dimensões para cálculos da relação de espaçamento