Slide Ação do Vento nas Estruturas

Desprendimento de vórtices Velocidade do Vento Mapa de Isopletas da NBR 6123:1988 https://internacional.estadao.com.br/fotos/geral,tsunami-de-nuvens-invade-orla-da-cidade-do-panama,207612# Fatores de Influência • Velocidade • Forma da edificação https://www.youtube.com/watch?v=8OExYy28moc https://www.youtube.com/watch?v=ko4goyw1Q84 Pressão dinâmica do vento • Lei de Bernoulli: 𝑉1 2 2 + 𝑃1 𝜌 + 𝑔ℎ1 = 𝑉2 2 2 + 𝑃2 𝜌 + 𝑔ℎ2 Δ𝑃 𝜌 = 𝑉2 2 𝑞 = 0,613 𝑉2 Forma da edificação 𝐹 = 𝑐𝑑 𝑞 𝐴 Velocidade Básica do Vento 𝑉0 Máxima velocidade média de uma rajada de 3 s, excedida na média uma vez em cada 50 anos, a 10 m do terreno, em campo aberto e plano. Velocidade Característica do Vento 𝑉𝑘 = 𝑉0 𝑆1 𝑆2 𝑆3 Fator Topográfico Fator Estatístico Rugosidade do terreno Dimensão da edificação Altura sobre o terreno Fator topográfico (𝑺𝟏) • Terreno plano ou fracamente acidentado: 𝑆1 = 1,0 • Taludes e Morros: 𝑆1 ≥ 1,0 • Vales profundos, protegidos de ventos de qualquer direção 𝑆1 = 0,9 Rugosidade do Terreno (𝑺𝟐) • Categoria I – Superfícies lisas e de grandes dimensões com mais de 5 km de extensão na direção e sentido do vento incidente; • Categoria II – Terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível com poucos obstáculos isolados, como árvores e edificações baixas; • Categoria III – Terrenos planos ou ondulados com obstáculos, tais como sebes e muros, poucos quebra-ventos de árvores, edificações baixas e esparsas; • Categoria IV – Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco espaçados, em zona florestal, industrial ou urbanizada; • Categoria V – Terrenos cobertos por obstáculos numerosos, grandes e altos e pouco espaçados. Dimensões da Edificação (𝑺𝟐) • Classe A: Unidades de vedação, elementos de fixação e peças individuais de estruturas sem vedação ou maior dimensão horizontal ou vertical não excede 20m; • Classe B: Maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal entre 20 e 50 m; • Classe C: Maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal excede 50 m Altura sobre o terreno (𝑺𝟐) • 𝑆2 = 𝑏 𝐹𝑟 𝑧 10 𝑝 • Válida até a altura 𝑧𝑔 Tabela 2 - Fator Sₖ Categoria z (m) I II III IV V Classe Classe Classe Classe Classe A 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 0,90 0,88 0,82 0,82 0,80 0,76 0,72 0,72 0,67 10 1,10 1,09 1,06 0,98 0,96 0,92 0,92 0,95 0,93 0,87 0,84 0,80 0,79 0,74 0,72 15 1,13 1,12 1,09 1,02 1,00 0,98 0,96 0,97 0,96 0,91 0,88 0,84 0,82 0,79 0,74 20 1,15 1,14 1,12 1,05 1,03 1,01 0,99 1,01 0,98 0,95 0,91 0,87 0,85 0,82 0,76 30 1,17 1,17 1,15 1,10 1,08 1,06 1,04 1,01 1,02 0,99 0,93 0,89 0,86 0,83 40 1,20 1,19 1,17 1,13 1,11 1,08 1,06 1,05 1,04 1,02 0,96 ... Fator estatístico (𝑺𝟑) Considera o grau de segurança requerido e a vida útil da edificação. Coeficientes de Forma e de Pressão UFES Coeficiente de forma externo • Devido ao desvio causado no vento pela edificação, o valor da pressão na face é obtido a partir do produto da pressão dinâmica por um coeficiente de forma externo (𝐶𝑒) • Valor positivo – Sobrepressão • Valor negativo – Sucção Tabela 4 - Coeficientes de pressão e de forma, externos, para paredes de edificações de planta retangular Valores de Cₑ para α = 0° α = 90° Cₑ médio Altura relativa A₁ e B₁ A₂ e B₂ C D A B C₁ e D₁ C₂ e D₂ 1 ≤ \(\frac{a}{b}\) ≤ \(\frac{3}{2}\) 0,2b ou h (o menor dos dois) \(\frac{2a}{b}\) ≤ \(\frac{h}{b}\) ≤ 4 h ≤ \(\frac{1}{2}\) -0,8 -0,5 +0,7 +0,7 0,3 +0,7 -0,5 -0,9 -0,5 -1,0 1 ≤ \(\frac{a}{b}\) ≤ \(\frac{3}{2}\) \(\frac{1}{2}\) ≤ \(\frac{h}{b}\) ≤ \(\frac{3}{2}\) -0,9 -0,5 +0,7 +0,5 +0,7 -0,5 -0,9 -0,5 -1,1 3 ≤ \(\frac{a}{b}\) ≤ 4 1 ≤ \(\frac{h}{b}\) ≤ 6 -1,0 -0,5 +0,8 +0,3 +0,8 -0,6 -1,0 -0,6 -1,2 0° b/3 ou a/4 (o maior dos dois, porém ≤ 2h) 2h ou b/2 (o menor dos dois) Notas: a) Para a/b entre 3/2 e 2, interpolar linearmente. b) Para vento a 0°, nas partes A₃ e B₃, o coeficiente de forma Cₑ tem os seguintes valores: - para a/b = 1: mesmo valor das partes A₂ e B₂; - para a/b ≥ 2: Cₑ = -0,2; - para 1 < a/b < 2: interpolar linearmente. c) Para cada uma das duas incidências do vento (0° ou 90°), o coeficiente de pressão médio externo cₚₑ médio, é aplicado à parte de barlavento das paredes paralelas ao vento, em uma distância igual a 0,2 b ou h, considerando-se o menor destes dois valores. d) Para determinar o coeficiente de arrasto, Cᵣ, deve ser usado o gráfico da Figura 4 (vento de baixa turbulência) ou da Figura 5 (vento de alta turbulência - ver 6.5.3). Tabela 5 - Coeficientes de pressão e de forma, externos, para telhados com duas águas, simétricos, em edificações de planta retangular Altura relativa Valores de Cₑ para α = 90° (A) θ EF GH EG FH cₚₑ médio α = 0° 0° -0,8 -0,6 -0,5 -0,4 -2,0 -2,0 -1,2 10° -1,1 -0,8 -0,6 -0,6 -1,4 -1,4 -1,2 15° -1,0 -0,7 -0,6 -0,6 -1,3 -1,3 -1,2 20° -0,4 -0,5 -0,6 -0,6 -1,8 -1,5 -1,2 30° -0,3 -0,4 -0,8 -0,6 -1,4 -1,2 -1,2 45° +0,3 +0,5 -0,7 -0,5 -2,0 -2,0 -1,5 60° +0,7 +1,0 -0,5 -0,4 -2,0 -2,0 -1,5 0° -0,8 -0,6 -0,6 -0,6 -2,0 -1,5 -1,2 10° -1,1 -0,8 -0,6 -0,5 -1,8 -1,5 -1,2 15° -1,0 -0,7 -0,6 -0,5 -1,8 -1,5 -1,2 20° -0,2 -0,5 -0,6 -0,5 -1,5 -1,2 -1,2 40° +0,2 -0,5 -0,8 -0,7 -2,0 -1,5 -1,2 60° +0,5 +0,5 -0,8 -0,7 -2,0 -1,5 -1,2 a ≥ b b/3 ou a/4 (o maior dos dois, porém ≤ 2h) y = h ou 0,15 b (o menor dos dois) Notas: a) O coeficiente de forma Cₑ na face inferior do beiral é igual ao da parede correspondente. b) Nas zonas em torno de partes de edificações salientes ao telhado (chaminés, reservatórios, torres, etc.), deve ser considerado um coeficiente de forma Cₑ = 1,2, até uma distância igual à metade da dimensão da diagonal da saliência vista em planta. c) Na cobertura de lanternins, cₚₑ médio = -2,0 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 intermediários de a/b. Coeficiente de pressão externa (𝒄𝒑𝒆) • Em algumas regiões (em especial, nas quinas) ocorrem zonas de elevada turbulência, nas quais a pressão é bastante maior; • Esta situação deve ser adotada para o dimensionamento de elementos de fechamento, e seus subsistemas de apoio (terças das extremidades, telhas, etc); • Essas situações são correspondentes às regiões hachuradas nas tabelas anteriores. Coeficientes de pressão interna Direção do Vento Coeficientes de Pressão Interna • Elementos Impermeáveis: lajes e cortinas de concreto armado ou protendido, paredes de alvenaria, de pedra, de tijolos, de blocos de concreto e afins, sem portas, janelas ou quaisquer outras aberturas. • Índice de permeabilidade: relação entre as áreas de aberturas e a área total em uma parte da edificação • Abertura dominante: aquela cuja área é maior ou igual à de todas as outras que constituem a permeabilidade considerada • Considera-se pressão interna uniforme Coeficiente de pressão interna • Duas faces opostas igualmente permeáveis e as outras impermeáveis: 𝐶𝑝𝑖 = +0,2 𝐶𝑝𝑖 = −0,3 Coeficiente de pressão interna • Quatro faces igualmente permeáveis: • Valor mais nocivo entre 𝐶𝑝𝑖 = −0,3 e 𝐶𝑝𝑖 = 0,0 Coeficiente de pressão interna • Abertura dominante em uma face e as demais de igual permeabilidade: • Abertura dominante na face de barlavento: 𝑨𝑹𝟏 𝑪𝒑𝒊 1,0 +0,1 1,5 +0,3 2,0 +0,5 3,0 +0,6 ≥6,0 +0,8 Coeficiente de pressão interna • Abertura dominante em uma face e as demais de igual permeabilidade: • Abertura dominante na face de sotavento: Adotar o valor de 𝐶𝑒 correspondente a esta face Coeficiente de pressão interna • Abertura dominante em uma face e as demais de igual permeabilidade: • Abertura dominante na face lateral, fora das zonas de alta sucção externa: Adotar o valor de 𝐶𝑒 correspondente ao local da abertura Coeficiente de pressão interna • Abertura dominante em uma face e as demais de igual permeabilidade: • Abertura dominante na face lateral, em zona de alta sucção externa: 𝑨𝑹𝟐 𝑪𝒑𝒊 0,25 -0,4 0,50 -0,5 0,75 -0,6 1,00 -0,7 1,50 -0,8 ≥3,00 -0,9 Coeficientes de pressão interna • Edificações efetivamente estanques: 𝑐𝑝𝑖 = 0 ou 𝑐𝑝𝑖 = −0,2 (considerar o pior) Exemplo UFES • Determinar as pressões de vento no galpão ilustrado. Considerar que o galpão fica na Serra e é usado como depósito. Considerar duas faces opostas permeáveis, as outras duas impermeáveis 6m 10° Passo 1 – Velocidade básica do vento: 𝑉0 = 32 𝑚/𝑠 Passo 2 – Velocidade Característica do Vento • Fator topográfico: Fator topográfico (𝑺𝟏) • Terreno plano ou fracamente acidentado: 𝑆1 = 1,0 • Taludes e Morros: 𝑆1 ≥ 1,0 • Vales profundos, protegidos de ventos de qualquer direção 𝑆1 = 0,9 Passo 2 – Velocidade Característica do Vento • Fator topográfico: 𝑆1 = 1,0 • Fator 𝑆2: Rugosidade do Terreno (𝑺𝟐) • Categoria I – Superfícies lisas e de grandes dimensões com mais de 5 km de extensão na direção e sentido do vento incidente; • Categoria II – Terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível com poucos obstáculos isolados, como árvores e edificações baixas; • Categoria III – Terrenos planos ou ondulados com obstáculos, tais como sebes e muros, poucos quebra-ventos de árvores, edificações baixas e esparsas; • Categoria IV – Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco espaçados, em zona florestal, industrial ou urbanizada; • Categoria V – Terrenos cobertos por obstáculos numerosos, grandes e altos e pouco espaçados. Dimensões da Edificação (𝑺𝟐) • Classe A: Unidades de vedação, elementos de fixação e peças individuais de estruturas sem vedação ou maior dimensão horizontal ou vertical não excede 20m; • Classe B: Maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal entre 20 e 50 m; • Classe C: Maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal excede 50 m Passo 2 – Velocidade Característica do Vento • Fator topográfico: 𝑆1 = 1,0 • Fator 𝑆2: • Categoria III • Classe A para vento 0° e classe C para vento a 90° Tabela 2 - Fator S2 Categoria I II III IV V z (m) Classe Classe Classe Classe Classe ABC ABC ABC ABC ABC ≤5 1,06 1,04 1,01 0,94 0,82 0,73 0,74 0,72 0,67 10 1,10 1,09 1,06 1,00 0,90 0,74 0,74 0,72 0,67 15 1,13 1,12 1,09 1,04 0,95 0,84 0,79 0,76 0,72 20 1,15 1,14 1,12 1,07 0,98 0,88 0,82 0,80 0,76 30 1,17 1,17 1,15 1,10 1,03 0,93 0,87 0,85 0,82 40 1,20 1,19 1,17 1,13 1,07 0,96 0,90 0,88 0,86 50 1,21 1,21 1,19 1,15 1,09 0,99 0,94 0,93 0,89 60 1,22 1,22 1,21 1,17 1,12 1,02 0,97 0,96 0,92 80 1,25 1,24 1,23 1,20 1,16 1,05 1,00 1,00 0,97 100 1,26 1,26 1,25 1,23 1,20 1,07 1,03 1,05 1,01 120 1,28 1,28 1,27 1,26 1,24 1,10 1,06 1,06 1,04 160 1,30 1,30 1,29 1,28 1,26 1,12 1,10 1,10 1,09 180 1,31 1,31 1,31 1,30 1,29 1,13 1,11 1,11 1,10 200 1,32 1,32 1,32 1,32 1,31 1,15 1,12 1,12 1,12 250 1,34 1,34 1,33 1,33 1,33 1,16 1,14 1,14 1,14 300 - - - - - - - - - 350 - - - - - - - - - 400 - - - - - - - - - 450 - - - - - - - - - 500 - - - - - - - - - Passo 2 – Velocidade Característica do Vento • Fator topográfico: 𝑆1 = 1,0 • Fator 𝑆2: • Categoria III • Classe C • 𝑆2 = 0,88 para vento a 0° e 𝑆2 = 0,82 para vento a 90 ° (até 5m) • 𝑆2 = 0,94 para vento a 0° e 𝑆2 = 0,88 para vento a 90 ° (acima de 5m) • Fator estatístico: Fator estatístico (𝑺𝟑) Considera o grau de segurança requerido e a vida útil da edificação. Passo 2 – Velocidade Característica do Vento • Fator topográfico: • 𝑆1 = 1,0 • Fator 𝑆2: • Categoria III • Classe C • 𝑆2 = 0,82 (até 5m) • 𝑆2 = 0,88 (de 5 a 10m) • Fator estatístico: • 𝑆3 = 0,95 𝑉𝑘 = 32 × 1,0 × 0,88 × 0,95 = 26,75 𝑚/𝑠 (até 5m) 𝑉𝑘 = 32 × 1,0 × 0,94 × 0,95 = 28,58 𝑚/𝑠 (de 5m a 10m) 𝑉𝑘 = 32 × 1,0 × 0,82 × 0,95 = 24,93 𝑚/𝑠 (até 5m) 𝑉𝑘 = 32 × 1,0 × 0,88 × 0,95 = 26,75 𝑚/𝑠 (de 5m a 10m) Passo 3 – Pressão dinâmica do vento 𝑞 = 0,613 × 24,932 = 381 Pa (até 5m) 𝑞 = 0,613 × 26,752 = 438 Pa (de 5 a 10m) 381 Pa 438 Pa 𝑞 = 0,613 𝑉𝑘 2 𝑞 = 0,613 × 26,752 = 438 Pa (até 5m) 𝑞 = 0,613 × 28,582 = 501 Pa (de 5 a 10m) 438 Pa 501 Pa Passo 4 – Coeficientes de Forma Laterais Tabela 4 - Coeficientes de pressão e de forma, externos, para paredes de edificações de planta retangular Altura relativa a α = 0° Valores de cp para α = 90° Ae e B1 A2 e B2 C D A B C1 e D1 C2 e D2 Cpe médio 0,2 ≤ b ou h ≤ 2 ou h/a ≤ 4 1 ≤ a/b ≤ 4 2 ≤ a/b ≤ 4 h/b ≤ 1/3 -0,8 -0,4 +0,7 0 0,3 -0,5 -0,9 -0,5 -1,0 1 ≤ a/b ≤ 3/2 b 1 ≤ h/b ≤ 3/2 h -0,9 -0,5 +0,7 0 +0,5 -0,9 -0,5 -1,1 3/2 ≤ h/b ≤ 6 -1,0 -0,5 +0,8 0,6 -1,0 -0,6 -1,2 -1,0 -0,6 +0,8 0,6 -1,0 -0,6 -1,2 Passo 4 – Coeficientes de Forma Laterais • 𝑎 𝑏 = 60 20 = 3 • ℎ 𝑏 = 6 20 = 0,3 ≤ 1 2 Tabela 4 - Coeficientes de pressão e de forma, externos, para paredes de edificações de planta retangular Altura relativa α = 0° Valores de cp para α = 90° Ae e B1 A2 e B2 C D A B C1 e D1 C2 e D2 Cpe médio 0,2 ≤ b ou h ≤ 2h ou h/a ≤ 4 1 ≤ a/b ≤ 4 2 ≤ a/b ≤ 4 h/b ≤ 1/3 -0,8 -0,4 +0,7 0 0,3 -0,5 -0,9 -0,5 -1,0 1 ≤ a/b ≤ 3/2 b 1 ≤ h/b ≤ 3/2 h -0,9 -0,5 +0,7 0 +0,5 -0,9 -0,5 -1,1 3/2 ≤ h/b ≤ 6 -1,0 -0,5 +0,8 0,6 -1,0 -0,6 -1,2 -1,0 -0,5 +0,8 0,6 -1,0 -0,6 -1,2 Passo 4 – Coeficientes de Forma Laterais 12m +0,7 -0,3 -0,8 -0,4 -0,2 +0,7 -0,5 -0,5 -0,9 10m Passo 4 – Coeficientes de Forma Cobertura • 𝜃 = 10° • ℎ 𝑏 = 6 20 = 0,3 ≤ 1 2 Tabela 5 - Coeficientes de pressão e de forma, externos, para telhados com duas águas, simétricos, em edificações de planta retangular Valores de Cpe para Altura relativa θ α = 90°(A) α = 0° Cpe médio EF GH EG FH 0° -0,8 -0,9 -0,8 -0,9 -2,0 -1,2 -0,9 --1,0 5° -0,9 -0,4 -0,9 -0,4 -1,4 -1,4 -1,0 -1,0 10° -1,0 -0,4 -0,9 -0,4 -1,4 -1,2 -1,2 -1,0 15° -1,0 -0,7 -0,6 -0,7 -1,0 -0,8 -1,5 ---1,5 20° -0,4 -0,7 -0,6 -0,7 -0,6 -0,8 -1,5 ---1,5 30° +0,2 -0,5 -0,7 -0,5 -0,4 -0,5 -1,5 ---1,5 45° +0,3 -0,5 -0,5 -0,2 -0,2 -0,5 -2,0 -1,8 60° +0,6 -0,8 -0,4 +0,7 +0,7 -0,8 -2,0 -1,8 —— v/h ≤ 1/2 —— v/h ≤ 2/3 ——— b ——— b ——— v/h ≤ 2/3 ——— v/h ≤ 6 ——— v/h ≤ 2/3 ——— v/h ≤ 6 ——— v/h ≤ 2/3 ——— v/h ≤ 6 ——— v/h ≤ 2/3 ——— v/h ≤ 6 ——— v/h ≤ 2/3 ——— v/h ≤ 6 ——— v/h ≤ 2/3 ——— v/h ≤ 6 ——— v/h ≤ 2/3 ——— v/h ≤ 6 a ≥ b y = h ou 0,15b (o menor dos dois) b/3 ou a/4 (o maior dos dois, porém ≤ 2h) Passo 4 – Coeficientes de Forma Cobertura -0,8 -0,6 -0,2 -1,2 -0,4 -1,2 -0,4 -1,2 -0,4 -0,8 -0,6 -0,2 Passo 4 – Coeficientes de Pressão externa (𝒄𝒑𝒆) Cobertura -1,4 -1,4 -1,2 Passo 4 – Coeficientes de Forma Pórtico Mais Crítico Vento a 0° Vento a 90° +0,7 -0,5 -1,2 -0,4 -0,8 -0,8 -0,8 -0,8 Passo 5 – Coeficientes de Pressão Interna • Item 6.2.5.a da NBR 6123 – Adotar o valor mais nocivo entre +0,2 ou -0,3. Condição 1 Condição 2 +0,2 +0,2 +0,2 +0,2 -0,3 -0,3 Passo 6 – Combinação dos Coeficientes de Pressão Vento a 0° Vento a 90° +0,7 -0,5 -1,2 -0,4 -0,8 -0,8 -0,8 -0,8 Condição 1 Condição 2 +0,2 +0,2 +0,2 +0,2 -0,3 -0,3 Passo 6 – Combinação dos Coeficientes de Pressão Vento a 0° + Cond. 1 Vento a 90° + Cond. 1 +0,7 -0,5 -1,2 -0,4 -0,8 -0,8 -0,8 -0,8 -0,3 -0,3 +0,2 +0,2 +0,2 +0,2 +0,2 +0,2 +0,2 +0,2 -0,3 -0,3 -0,8 -0,8 -0,8 -0,8 +0,7 -0,5 -1,2 -0,4 Vento a 0° + Cond. 2 Vento a 90° + Cond. 2 Passo 6 – Combinação dos Coeficientes de Pressão Vento a 0° + Cond. 1 Vento a 90° + Cond. 1 +0,5 -0,7 -1,4 -0,6 -1,0 -1,0 -1,0 -1,0 -0,5 -0,5 -0,5 -0,5 +1,0 -0,2 -0,9 -0,1 Vento a 0° + Cond. 2 Vento a 90° + Cond. 2 Passo 7 – Multiplicar os coeficientes de pressão pelas cargas 613 Pa 626 Pa 501 Pa 501 Pa 501 Pa 88 Pa 394 Pa 44 Pa 438 Pa 501 Pa 438 Pa 250 Pa 250 Pa 250 Pa 219 Pa 250 Pa 219 Pa 438 Pa 381 Pa 219 Pa 190 Pa 76 Pa 307 Pa 267 Pa