Vento

AÇÃO DO VENTO NAS ESTRUTURAS

Estruturas MetálicasEstruturas Metálicas

ESTRUTURAS

Com base nas notas de aula dos professores:- José Jairo de Sáles

segundo a NBR - 6123/1988

- José Jairo de Sáles- Jorge Munaiar Neto- Maximiliano Malite- Roberto M. Gonçalves- Alex Sander C. de Souza- Ronaldo Rigobello

WandersonWanderson Fernando MaiaFernando Maia

AgostoAgosto, 2012, 2012

Vento Movimento das massas de ar, decorrente das diferenças de pressões na atmosfera.

Introdução

pressões na atmosfera.

Produz forças nas edificaçõesque causam esforços nos seus elementos

Direçãovento

caráter aleatórioIntensidade

Duração

Direção

Velocidade do Vento

Introdução

Ação do Vento nas Edificações

Aspectos Meteorológicos

Aspectos Aerodinâmicos

Forma da Edificação

Característica mais importante para determinaçãodas forças devidas ao vento nas estruturas

Velocidade básica

Velocidade do Vento

Velocidade básica

Velocidade característica

Velocidade de referência Medida do vento natural em estações meteorológicasIsopletas

Medida em terreno plano sem obstáculo a 10m de altura

Velocidade característicaVelocidade nas proximidades da estrutura É influenciada pelas característica da estrutura e da vizinhança

Isopletas da Velocidade Básica

� Local da edificação (Fortaleza, São Paulo, Porto Alegre etc.)� Dimensões da edificação

Fatores intervenientes

Velocidade Característica

� Dimensões da edificação � Tipo de terreno (plano, aclive, morro, etc.)� Rugosidade do terreno (tipo e altura dos obstáculos à

passagem do vento)� Tipo de ocupação da edificação

Vo = Velocidade Básica

Vk = Vo. S1

. S2. S3

Vo = Velocidade Básica

S1 = Fator Topográfico

S2 = Fator Rugosidade do Terreno

S3 = Fator Estatístico

Fator Topográfico (S1)� Considera os efeitos das variações do relevo do terreno onde a edificação

será construída.◦ Considera o aumento ou a diminuição da velocidade básica devida a


◦ Considera o aumento ou a diminuição da velocidade básica devida a topografia do terreno.

◦ Considera a aproximação ou o afastamento das linhas de fluxo do vento.

• A NBR 6123 considera basicamente três situações:

Terrenos Planos S1 = 1,0

Vales Protegidos S1 = 0,9

Morros e Taludes S1 = variável

Velocidade CaracterísticaFator Topográfico (S1)

Velocidade do Vento

0,1)(3 1 =→≤z

zSoθ

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

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

1

1

≥⋅−+=→≥

≥−−+=→≤≤

d

zzS

tgd

zzS

o

ooo

θ

θθ

Interpolar linearmente para 3° < θ < 6° e para 17° < θ < 45°

Fator de Rugosidade do Terreno (S2)

� Considera as particularidades da edificação:


Velocidade do Vento

edificação:◦ Rugosidade média do terreno - obstáculos ◦ Dimensões da edificação◦ Altura em relação ao solo

Rugosidade do terreno• A NBR 6123 cinco categorias de terreno

– Categorias I a V


Categorias de terreno

Categoria I


Categoria I

Categoria II

Superfícies lisas de grandes dimensões, com mais de 5 km de extensão, medida em direção e sentido do vento incidente

� Terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível, com poucos obstáculos isolados, tais como árvores e edificações baixas. poucos obstáculos isolados, tais como árvores e edificações baixas. Exemplos: zonas costeiras planas, pântanos com vegetação rala, campos de aviação,fazendas sem muros

� A cota média dos obstáculos é considerada inferior ou igual a 1,0 m

Categoria III




Categoria III� Terrenos planos ou ondulados com obstáculos, tais como muros,

poucos quebra-ventos de árvores, edificações baixas e esparsas.

� Exemplos: casas de campo e fazendas, subúrbios a considerável distância do centro

Categoria IVTerrenos cobertos por obstáculos numerosos e poucos espaçados, � Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e poucos espaçados, em zona florestal, industrial ou urbanizada.

� Exemplos: zonas de parques e bosques com muitas árvores, cidades pequenas e seus arredores, subúrbios densamente construídos, áreas industriais plena ou parcialmente desenvolvidas

� A cota média dos obstáculos é considerada igual a 10 m




Categoria V

� Terrenos cobertos por obstáculos numerosos, grandes, altos e poucos espaçados.

� Exemplos:

◦ florestas com árvores altas

◦ centros de grandes cidades◦ centros de grandes cidades

◦ complexos industriais bem desenvolvidos

� A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual ou superior a 25 m.

Dimensões da Edificação



� Estão diretamente relacionadas com o turbilhão que deverá envolver toda a edificação.

◦ Quanto maior for a edificação maior deverá ser a rajada para envolvê-la e menor será a velocidade média.

� A norma define três classes de edificações

◦ Classe A

Dimensões da Edificação

◦ Classe A

◦ Classe B

◦ Classe C

Classes da Edificação

Classe A:



Classe A:Todas as unidades de vedação, seus elementos de fixação e peças individuais de estruturas sem vedações. Toda edificação ou parte dela na qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal não exceda 20m.

Classe B:Toda edificação ou parte dela para a qual a maior dimensão horizontal ou Toda edificação ou parte dela para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal esteja entre 20 e 50m.

Classe C:Toda edificação ou parte dela para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal exceda 50m.



� Está relacionado com a segurança da edificação

Fator Estatístico (S3)


◦ conceitos probabilísticos

◦ tipo de ocupação da edificação

� A NBR 6123 estabelece como vida útil da edificação o

período de 50 anos e uma probabilidade de 63% da

velocidade básica ser excedida pelo menos um vez neste

período.período.

GRUPO DESCRIÇÃO S3

Edificação cuja ruína total ou parcial pode afetar a segurança ou possibilidade de socorro

Determinação do Fator Estatístico (S3)


1

afetar a segurança ou possibilidade de socorro a pessoas após uma tempestade destrutiva (hospitais, quartéis de bombeiros e de forças de segurança, centrais de comunicação, etc.).

1,10

2

Edificações para hotéis e residências. Edificações para comércio e indústria com alto fator de ocupação.

1,00

3

Edificações e instalações industriais com baixo fator de ocupação (depósitos, silos,

0,95 3 baixo fator de ocupação (depósitos, silos,

construções rurais, etc.) 0,95

4 Vedações (telhas, vidros, painéis de vedação, etc.).

0,88

5 Edificações temporárias. Estruturas dos Grupos 1 a 3 durante a construção.

0,83

Teorema da Conservação da Massa - Mecânica dos fluidos Fluído IncompreensívelRegime de Escoamento Permanente

Ação estática do vento

Pressão obstrução (q)

Regime de Escoamento Permanente

Teorema da conservação de massa

V1

A1ρρρρ1

Seção 1 V2

A2ρρρρ2

Seção 2A soma das pressões estática e

piezométrica é constante

Teorema de Bernoulli

.2

1 2 constgzPV =++ ρρ

222111 VAVA ρ=ρ

V2=0

P=P2

V=Vk

P=P1

(1)

(2)(1)(3)

Ação estática do vento

Pressão obstrução (q)

V=V3

P=P3

(3)

Aplicando o teorema de Bernoulli entre os pontos (1) e (2) e desprezando-se a pressão piezométrica

12

222

12 PV

21

PP)0(21

PV21

11 +ρ=→+ρ=+ρ

Sólido (2)

1221 PV2

PP)0(2

PV2

11 +ρ=→+ρ=+ρ

qPV21

PPP 2k12 =∆→ρ=∆=− 42 m/Ns226,1=ρ

)/(613,0 22 mNVq k= Perpendicular a superfície

Coeficiente de PressãoexternaCpeV2=0

P=P2V=Vk

(2)(1)(3)

Coeficientes de pressão

V=V3

P=P3

V=Vk

P=P1

(1)

(3)

Aplicando o teorema de Bernoulli entre os pontos (1) e (3) e desprezando-se a pressão piezométrica

2 2 2 2k 1 3 3 3 1 k 3

1 1 1 1V P V P P P V V

2 2 2 2ρ + = ρ + → − = ρ − ρ

Sólido (2)

2 2 2 2

( )K2 2

3 1 3

1P P V V

2− = ρ −

−ρ=∆

2

232

K

KVV

1V21

PK

232

VP q 1-

V

∆ =

−=

2

231KV

VC pe qCP pe=∆ Perpendicular a superfície

Sobrepressão ou sucção

Coeficiente de PressãoexternaCpeVariação ponto a ponto do Cpe Valores médios Ce (Coef. De Forma)


Ensaios -Túnel Ensaios -Túnel de vento

Coeficientes de pressãoCoeficientes de forma (Ce) e de pressão (Cpe) externos para paredes de

edificações de planta retangular- NBR 6123

Vento 0oo

A3 e B3

a/b =1 : mesmo de A2 e B2a/b > 2 : Ce = - 0,21 < a/b <2 : interpolar

Coeficientes de forma (Ce) e de pressão (Cpe) externos para telhados duas águas de edificações de planta retangular – NBR 6118


Vento 0o o emI e J a/b =1 : mesmo de F e Ha/b =2 : Ce = - 0,2


E se tiver aberturas ?

Coeficientes de pressão interna - Cpi

Sobrepressão interna


interna

Cpi>0

Sucção interna

Cpi<0

vKAQ ρ=ρ

∆−∆= ie PP2

v

Cpi<0

Determinado em função da permeabilidade da

edificação

vazão


Permeabilidade da edificação


� Elementos impermeáveis

� índice de permeabilidade

�Abertura dominante

superfície

aberturas

A

AI p =

Abertura com área

igual ou maior a soma �Abertura dominante igual ou maior a soma

das demais.


1 Duas faces opostas permeáveis e a demais impermeáveis


Vento perpendicular a face permeável............Cpi = +0,2Vento perpendicular a face impermeável............Cpi = - 0,3

2 Quatro faces igualmente permeáveis Cpi = -0,3 ou Cpi = 0 ( usar o mais nocivo)

3Abertura dominante em uma das faces e as demais com 3Abertura dominante em uma das faces e as demais com igual permeabilidade

3.1 Abertura dominante a barlavento3.2Abertura dominante a sotavento3.3 Abertura dominante paralela ao vento


3Abertura dominante em uma das faces e as demais com igual permeabilidade


3.1 Abertura dominante a barlavento– determinado em função da relação entre a área da abertura dominante (Aad) e a soma das aberturas succionadas nas outras faces (Aas).

Valores de Cpi – abertura dominante a barlavento

Aad/Aas Cpi

1,0 +0,11,0 +0,1

1,5 +0,3

2,0 +0,5

3,0 +0,6

6,0 +0,8

Coeficientes de pressão interna - Cpi3Abertura dominante em uma das faces e as demais com igual permeabilidade

3.2 Abertura dominante a sotavento – igual ao Ce da face de


sotavento que contém a abertura3.3 Abertura dominante paralela ao vento

Valores de Cpi – abertura dominante a sotaventoEm área de alta sucção externa

Aad/Aase(total) Cpi

0,25 -0,4

0,5 -0,50,5 -0,5

0,75 -0,6

1,0 -0,7

1,5 -0,8

>3 -0,9

O efeito do vento nas varias partes de uma edificaçãodepende de sua forma geométrica, ou seja, da sua aerodinâmica

Força resultante

Força do Vento

depende de sua forma geométrica, ou seja, da sua aerodinâmica

Os coeficientes aerodinâmicos variam ponto a ponto nas estruturas e podem ser determinados em ensaios de túnel de vento a NBR 6123 adota

valores médios

Pressão em uma superfície da estrutura

ie PPP −−−−====∆∆∆∆ (((( )))) qCCP pipe −−−−====∆∆∆∆

Cpe - Coeficiente de pressão externo Cpi - Coeficiente de pressão interno (função das aberturas)

Coeficientes de arrastoAção global do vento sobre uma edificação(Força de arrasto)

onde

Coeficiente de arrasto

eaa qACF ====ondeq : pressão de obstruçãoAe : área da superfície na qual o vento atua

Ca : coeficiente de arrasto

Aplicação prática

- Edifícios de andares múltiplos

- Torres

- Estruturas isoladas- Estruturas isoladas� Corpos de seção constante ou fracamente

variável

� Planta retangular

� Vento perpendicular as fachadas

Ábacos para do Capara V.N.T e V.T

Determinação do Cavento não turbulento

(V.N.T)


� Dimensões da edificação� Regime de escoamento

� Turbulento � Não Turbulento

Vento não turbulento

Ausência de obstruções

Campos abertos e planos

Determinação do Cavento turbulento (V.T)


Vento turbulento

Função dos obstáculos na vizinhança da estrutura

Grandes cidadescategorias IV e V

Condições para vento turbulento

Exemplo de determinação da Exemplo de determinação da ação do vento em uma ação do vento em uma

coberturacobertura

Dimensões da edificaçãoDimensões da edificação

Exemplo - cobertura

Elevação lateral

Elevação Frontal

Dimensões da edificaçãoDimensões da edificação

Exemplo - cobertura

� Dados gerais

◦ Velocidade básica

� São Carlos: v =40m/s

Exemplo - cobertura

� São Carlos: v0=40m/s

◦ Fator topográfico S1=1

� Terreno plano S1=1

◦ Fator de rugosidade do terreno S2

� Categoria IV – área industrial parcialmente desenvolvida

� Classe A – vento longitudinal 0o (dimensão < 20m)

� Classe B – vento transversal 900 (dimensão entre 20m e 50m)� Classe B – vento transversal 900 (dimensão entre 20m e 50m)

� Altura sobre o terreno h=6,0m

� Velocidade característica

◦ Fator de rugosidade do terreno S2

Exemplo - cobertura

CategoriaZ I II III IV V

(m) Classe Classe Classe Classe ClasseA B C A B C A B C A B C A B C

≤ 5 1,06 1,04 1,01 0,94 0,92 0,89 0,88 0,86 0,82 0,79 0,76 0,73 0,74 0,72 0,67

10 1,10 1,09 1,06 1,00 0,98 0,95 0,94 0,92 0,88 0,86 0,83 0,80 0,74 0,72 0,67

15 1,13 1,12 1,09 1,04 1,02 0,99 0,98 0,96 0,93 0,90 0,88 0,84 0,79 0,76 0,72

20 1,15 1,14 1,12 1,06 1,04 1,02 1,01 0,99 0,96 0,93 0,91 0,88 0,82 0,80 0,76

30

h=6,0m

30 1,17 1,17 1,15 1,10 1,08 1,06 1,05 1,03 1,00 0,98 0,96 0,93 0,87 0,85 0,82

40 1,20 1,19 1,17 1,13 1,11 1,09 1,08 1,06 1,04 1,01 0,99 0,96 0,91 0,89 0,86

S2=0,82 - vento 0 0 S2=0,79 – Vento 90 0

• Fator estatístico S3 = 1 (industria com alto fator de ocupação)

◦ Velocidade característica Vk

Vk = Vo. S1

. S2. S3 = 40 . 1 . 0,82 . 1 = 32,8m/s Vento 0 0

Exemplo - cobertura

◦ Pressão estática do vento

Vk = Vo. S1

. S2. S3 = 40 . 1 . 0,79 . 1 = 31,6m/s Vento 90 0

)m/N(V613,0q 22k====

)m/kN66,0(m/N6598,32613,0q 222 =•=

)m/kN61,0(m/N6126,31613,0q 222 =•=

Vento 0 0

Vento 90 0

◦ Coeficiente de pressão externa (Paredes)

Exemplo - cobertura

07,8

13,215

32

33,015

5

≅

==

==

θb

ab

h

Vento 0oo

A3 e B3

a/b =1 : mesmo de A2 e B2a/b >2 : Ce = - 0,21 <a/b<2 : interpolar

◦ Coeficientes de pressão externa (Paredes)

Exemplo - cobertura

◦ Coeficiente de pressão externa (Cobertura)

Exemplo - cobertura

07,8

13,215

32

33,015

5

≅

==

==

θb

ab

h

I e Ja/b =1 : mesmo de F e Ha/b =2 : Ce = - 0,2

◦ Coeficientes de pressão externa (Cobertura)

Exemplo - cobertura

� Ação do vento

◦ Coeficientes de pressão interna

Exemplo - cobertura

◦ Coeficientes de pressão interna

◦ a) Quatro faces igualmente permeáveis

� Cpi =-0,3 ou Cpi=0 (usar o mais nocivo)

◦ b)abertura dominante a barlavento (vento 00)

3,05,1 +=→= CpiAas

Aad

Aas

estimado

2 vento 0 o com Cpi=0

-0,5-0,5 -0,8-0,8

Exemplo - cobertura

◦ Composição dos coeficientes de pressão

1 vento 0 o com Cpi=-0,3

4 vento 0 o com Cpi=+0,3

-0,5-0,5 -0,8-0,8

-1,1-1,13 vento 0 o com Cpi=-0,3

0,10,1

+0,3

-1,1-1,1

-1,1-1,10,10,1

-0,2

-0,2 -0,2

-0,2

0,10,1

Exemplo - cobertura

◦ Composição dos coeficientes de pressão

6 vento 90 o com Cpi=05 vento 90 o com Cpi=-0,3

-0,4-1,12

-0,5+0,7

-0,1-0,82

-0,2+1,0

◦ Composição dos coeficientes de pressão: Críticos

Exemplo - cobertura

Vento 2 – vento 0 o com Cpi=+0,3

-1,1-1,1

-1,1-1,1

Vento 1 – vento 0 o com Cpi=-0,3

0,10,1

-0,2-0,2

0,10,1

+0,3

-0,2 -0,2

◦ Composição dos coeficientes de pressão: Críticos

Exemplo - cobertura

Vento 3 – vento 90 o com Cpi=0

-0,4-1,12

-0,5+0,7

� Vento 1 vento 0 o com Cpi=-0,3 e q=0,66kN/m 2

0,4 0,40,4 0,4 0,41

0,2

0,4 0,40,4

0,40,2

Exemplo - cobertura

0,40,2 0,4

0,2

0,1

-0,2-0,2

0,10,1

0,10,1

-0,2 -0,2

0,26kN/m0,26kN/m

portico terçap (Cpe Cpi) q d d [ 0,2 ( 0,3)] 0,66 4 1,5 0,4= − ⋅ ⋅ ⋅ = − − − ⋅ ⋅ ⋅ =

� Vento 2 vento 0 o com Cpi=+0,3 e q=0,66kN/m 2

4,35 4,354,35 4,35 4.4

2,18

4,35 4,354,35

4,35 2,18

Exemplo - cobertura

4,352,18

4,354,35 2,18

-1,1-1,1

-1,1-1,1

2,9kN/m 2,9kN/m

+0,3

-1,1-1,1

Exemplo - cobertura

� Vento 3 vento 90 o com Cpi=0 e q=0,61kN/m 2

4,0 4,0 4,0 4,0 2.77

2,0

1,471,47

1,471,47

4,0 4,02,0 1,47

0,73

-0,4-1,12

-0,5

1,22kN/m1,71kN/m

-0,5+0,7

Documents

Vento