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Engenharia Civil Professor Inaldo Ayres Vieira CESECEstudo de
diversos tipos de contraventamento em trelias planas
AO DO VENTO EM TORRES E ESTRUTURAS SIMILARES
O tpico apresentado a seguir visa o estudo das foras devidas ao
vento em torres e estruturas
similares segundo a norma brasileira NBR 6123/87.Nas torres de
telecomunicaes, o vento atuante sobre a estrutura e sobre as
antenas eequipamentos instalados o principal carregamento. A
segurana e operacionalidade destas estruturasdepende diretamente da
correta determinao dos efeitos causados pelo vento. Vamos analisar
aseguir como determinar as foras devidas ao vento nestas estruturas
utilizando a norma NBR 6123 -Foras devidas ao vento em
edificaes.
Fora de arrasto na direo do vento (Fa):
A fora de arrasto na direo do vento (Fa) uma fora esttica obtida
por:
eaa AqCF ..= onde: aC o coeficiente de arrasto, q a presso
dinmica de vento e eA a rea frontal efetiva. A
rea frontal efetiva corresponde rea de projeo ortogonal da
estrutura sobre um planoperpendicular direo do vento ("rea de
sombra").
Presso dinmica de vento (q):
A presso dinmica de vento, em N/m2, obtida pela expresso:2.613,0
kVq=
onde kV a velocidade caracterstica do vento em m/s.
Velocidade caracterstica do vento (Vk):
A velocidade caracterstica do vento (Vk) a velocidade do vento
que atua sobre umadeterminada parte da estrutura. Depende da altura
em relao ao solo, da rugosidade do terreno, dasvariaes do relevo e
das dimenses e do grau de segurana da estrutura. obtida atravs
daexpresso: 3210 ... SSSVVk =
onde 1S o fator topogrfico, 2S o fator que considera a
rugosidade do terreno, dimenses daestrutura e altura sobre o
terreno, e 3S o fator estatstico.
Velocidade bsica do vento (V0):
A velocidade bsica do vento, V0, a velocidade de uma rajada de
3s, excedida em mdiauma vez em 50 anos, a 10 m acima do terreno em
campo aberto e plano. Admite-se que o vento
bsico pode soprar em qualquer direo horizontal.
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A velocidade bsica do vento depende da regio do Brasil onde a
estrutura ser instalada e obtida atravs do grfico de isopletas da
figura a seguir.
Figura 1 - Isopletas da velocidade bsica (V0em m/s).
Fator topogrfico (S1):
O fator topogrfico S1leva em considerao as variaes do relevo do
terreno e determinadodo seguinte modo:
terreno plano ou fracamente acidentado: S1= 1,0;
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taludes e morros: ver item 5.2 da norma S1 1,0;vales profundos,
protegidos de ventos de qualquer direo: S1= 0,9.
Fator S2:
O fator S2considera o efeito combinado da rugosidade do terreno,
da variao da velocidadedo vento com a altura acima do terreno e das
dimenses da edificao. Para determinar este fator necessrio
classificar o terreno em relao sua rugosidade (categoria) e a
estrutura em relao s suadimenses.
Categorias de rugosidade do terreno: Categoria I: Superfcies
lisas de grandes dimenses, com mais de 5 km de extenso, na
direo e sentido do vento incidente. Exemplos: mar calmo, lagos e
rios, e pntanos semvegetao.
Categoria II: Terrenos abertos em nvel ou aproximadamente em
nvel, com poucosobstculos isolados, tais como rvores e edificaes
baixas. Exemplos: zonas costeiras
planas, pntanos com vegetao rala, campos de aviao, pradarias e
charnecas, efazendas sem sebes ou muros.
Categoria III: Terrenos planos ou ondulados com obstculos, tais
como sebes ou muros,poucos quebra-ventos de rvores, edificaes
baixas e esparsas. Exemplos: granjas ecasas de campo (com exceo das
partes com mato), fazendas com sebes e/ou muros,subrbios a
considervel distncia do centro com casas baixas e esparsas.
Categoria IV: Terrenos cobertos por obstculos numerosos e pouco
espaados, em zonaflorestal, industrial ou urbanizada. Exemplos:
zonas de parques e bosques com muitasrvores, cidades pequenas e
seus arredores, subrbios densamente construdos de grandescidades e
reas industriais plena ou parcialmente desenvolvidas.
Categoria V: Terrenos cobertos por obstculos numerosos, grandes,
altos e poucoespaados. Exemplos: florestas com rvores altas de
copas isoladas, centros de grandescidades e complexos industriais
bem desenvolvidos.
Classes de edificaes e seus elementos: Classe A: Todas as
unidades de vedao, seus elementos de fixao e peas individuais
de
estruturas sem vedao. Toda edificao na qual a maior dimenso
horizontal ou vertical
no exceda 20m. Classe B: Toda edificao ou parte de edificao para
a qual a maior dimenso horizontalou vertical da superfcie frontal
esteja entre 20m e 50m.
Classe C: Toda edificao ou parte de edificao para a qual a maior
dimenso horizontalou vertical da superfcie frontal exceda 50m.
O fator S2 pode ser obtido diretamente da tabela 2 ou utilizando
os parmetros da tabela 1 ea expresso:
p
r zFbS )10.(.2 =
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sendoza atura acima do nvel do terreno em metros.
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o
oo
aa
K
K
CKC
4520para16,1
200para1251
.
o
o
=
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Em geral as torres so divididas em mdulos ou trechos para os
quais so obtidos: avelocidade caracterstica, o coeficiente de
arrasto e as foras devidas ao vento no trecho. Estas forasso ento
aplicadas aos ns do trecho considerado no modelo.Exemplo - Torre
metlica sobre caixa de gua:
Como exemplo vamos apresentar o clculo da fora de vento atuando
sobre uma torremetlica com 5,47 metros de altura instalada sobre
uma caixa de gua de concreto com 40 metros dealtura na regio de
Curitiba. A estrutura da torre formada por cantoneiras com a
geometriaapresentada na figura 2.
Figura 2 - Geometria da torre.
Para dimensionamento e clculo das foras devidas ao vento a
estrutura foi dividida em 3trechos ou mdulos conforme figura 3.
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Figura 3 - Dimenses e mdulos da torre.
Consideramos o vento atuando em duas direes diferentes, conforme
esquema abaixo:
Figura 4 - Direes do vento.
Temos, para a regio de Curitiba, e conforme as caractersticas
desta estrutura, osseguintes parmetros normativos para clculo das
foras devidas ao do vento:
Vo= 42 m/sS1= 1,1S2= Categoria III , classe BS3= 1,1 - Centrais
de comunicao
As cargas devidas ao vento obtidas para esta torre considerando
o vento nas direes 1 e 2so apresentados na tabela abaixo:
Mod. H (m)
topo
Ae(m2) Ac(m
2) S2 Vk(m/s) q
(Kgf/m2)
Ca Vento 1
Fa(Kgf)
Vento 2
Fa(Kgf)
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