EDIFICAÇÕES 105 5.1 APRESENTAÇÃO DO CAPÍTULO
4. ASPECTOS DA NORMA DE VENTO APLICADA A EDIFICAÇÕES E RECOMENDAÇÕES PARA O COEFICIENTE
DE ARRASTO
4.1 APRESENTAÇÃO DO CAPÍTULO
Neste capítulo serão abordados os conceitos preliminares das ações estáticas e dinâmi- cas do vento de acordo com a NBR 6123/1988. Será destacado o procedimento para obtenção dos coeficientes aerodinâmicos do escoamento do vento em estruturas.
4.2 CONCEITOS PRELIMINARES SOBRE A NORMA
A norma brasileira que descreve os aspectos do vento é a NBR 6123/1988- Forças devidas ao vento em edificações. O objetivo desta norma é tratar as forças atuantes em estru- turas devido ao vento, estabelecendo condições para o cálculo das ações dinâmicas e estáticas do vento, determinando desta forma as cargas atuantes no cálculo estrutural em edificações. Esta norma simplifica as ações dinâmicas do vento atuantes em estruturas permitindo considerá-las como ações estáticas. Para isto é preciso apenas, descrever a frequência e perío-
do da edificação, é possível dispensar a análise dinâmica propriamente dita se o período for inferior a um segundo. Em síntese, a NBR 6123 abrange o cálculo da ação do vento em barras prismáticas, fios, cabos, torres reticuladas, muros, placas, coberturas, cúpulas, abóbadas e telhados curvos. Também permite o cálculo de efeitos dinâmicos em estruturas oriundos de efeitos de turbulência atmosférica, efeitos de vizinhança e efeitos oriundos da esbeltez das edificações.
A análise estática prescrita na norma é realizada por meio de coeficientes aerodinâmi- cos para edifícios de formas geométricas variadas, entretanto devem ter geometria bastante simples, tais como um prisma, cilindros, entre outras. Para estruturas com geometrias mais complexas e divergentes das existentes em normas, podem ser usadas, quando possível, sim- plificações do modelo, quando não, ensaios em túnel de vento são necessários. A norma brasi- leira permite que as forças devidas ao vento sejam consideradas separadamente para elemen- tos de vedação, parte da estrutura e também a estrutura integral.
Segundo Pasqual (2011) nas edificações convencionais os materiais mais empregados são o concreto, aço e alvenaria, que tem período fundamental menor que um segundo. Além disso, essas estruturas possuem alta rigidez, resultando comumente em pequenos deslocamen- tos. O autor destaca ainda algumas estruturas reticuladas, quando carregadas, apresentam grandes deslocamentos, resultando em deformações. Nestas estruturas deverá ser levado em
consideração o efeito dinâmico, obtendo o comportamento real da mesma.
Toassi (2013) apresenta uma sequência sobre a metodologia sistemática apontada na norma para determinação das cargas atuantes:
I- Determinação da velocidade básica do vento (V0), esta é função da região onde a obra se encontra, e desta forma é baseada no mapa das isopletas;
II- Cálculo da velocidade característica, que depende de diversos fatores, dentre eles: rugosidade, altura da edificação, grau de segurança requerido e velocidade básica do vento;
III- A partir da velocidade característica é possível obter a pressão dinâmica; IV- A partir da geometria da estrutura, determina-se os coeficientes de pressão; V- A partir de todos os dados citados, é possível calcular as forças atuantes.
4.3 PRESSÃO DINÂMICA
A NBR 6123 prescreve parâmetros para se obter a pressão dinâmica ( ) dada pela Eq. (4.1). Este valor é dado pelo produto de um fator pelo quadrado da velocidade característica (Vk). A pressão dinâmica corresponde a velocidade característica em condições normais de pressão (1atm=1013,2mbar=101320 Pa, a 15ºC). Desta forma a densidade do ar é 1,225kg/m³.
(N/m²) (4.1)
4.4 COEFICIENTE DE PRESSÃO
A região de onde o vento sopra nas edificações é denominada barlavento e a região oposta a esta é denominada sotavento. A ação do vento provoca pressões e sucções na estrutu- ra. Os gradientes de pressão são abordados na NBR 6123 através dos coeficientes de pressão, que são função da geometria da construção, relação entre as dimensões, existência de abertura e permeabilidade da edificação. Em edificações retangulares, seus valores são bem definidos em norma. Para casos em que a geometria em planta da edificação se distancie de um retângu- lo, recomenda-se ensaios experimentais em túneis de vento, conforme será verificado no estudo de uma edificação real no capítulo 6.
4.5 VELOCIDADE CARACTERÍSTICA
A velocidade característica do vento (Vk) é um fator de referência para cálculo da pressão dinâmica nas edificações e consequentemente fator predominante na obtenção dos coeficientes aerodinâmicos. Esta velocidade é dada de acordo com a Eq. (4.2) e é obtida a partir do produto da velocidade básica fornecida no gráfico de isopletas Figura 4.1.
Figura 4.1 –Isopletas da velocidade básica (m/s). Fonte: NBR 6123/1988
Os fatores , e são dados por:
: fator topográfico que leva em consideração as variações do relevo do terreno e é dado pelo item 5.2 da NBR 6123/1988;
: Fator que considera a rugosidade do terreno e variação da velocidade do vento com a altura. Este valor é dado pela Eq. (4.3). Esta equação considera parâmetros meteorológicos disponíveis na Tabela 1 da NBR 6123.
(4.3)
Sendo: b-fator meteorológico;
p- expoente da lei de potencial de variação de S2;
z- a altura medida a partir da superfície do terreno no ponto; - fator de rajada.
é o fator estatístico, baseado em conceitos estatísticos leva em conta o grau de segu- rança requerido e a vida útil da edificação. A NBR 6123 através de sua tabela 03 leva em con- sideração o tipo de edificação e o referido fator estatístico.
A partir dos valores já mencionados, calcula-se a força para uma determinada altura z através da Eq. (4.4), sabendo que esta equação é uma consequência da Eq. (2.126).
4.6 VENTO EM BAIXA TURBULÊNCIA
Em seu item 6.5.3, a NBR 6123/1988 classifica que um edificação encontra-se em região de alta turbulência quando sua altura não excede duas vezes a altura média das edifica- ções nas vizinhanças, estendendo-se estas, na direção e no sentido de incidência do vento, no mínimo a:
500m, para uma edificação de até 40m de altura;
1000m, para uma edificação de até 55m de altura;
2000m, para uma edificação de até 70m de altura;
3000m, para uma edificação de até 80m de altura.
Toda edificação que não estejam nesta localização, serão consideradas em região de baixa turbulência.
4.7 COEFICIENTE DE ARRASTO
O coeficiente de arrasto da edificação, dependerá da região que esta se encontra, con- forme já visto no item anterior. Neste trabalho serão analisados apenas casos em que a edifi- cação encontra-se isolada, sem vizinhança, logo, será caracterizada como edificação em regi- ão de baixa turbulência, e o CA é retirado da Figura 4.2 (figura 4 da NBR6123/1988).
Figura 4.2 –Coeficiente de Arrasto para edificações em vento de baixa turbulência. Fonte: NBR 6123/1988