CONSIDERAÇÕES SOBRE A NORMA DE VENTO (NBR 6123:1988)

A NBR 6123:1988 (Forças devidas ao vento em edificações) fixa as condições exigíveis na consideração das forças devidas à ação estática e dinâmica do vento, para efeitos de cálculos de edificações, devendo-se considerar:

5.4.1 Força de arrasto na direção do vento (F_a)

A força de arrasto na direção do vento (

F

_a) é uma força estática obtida por:

e a

a

C q A

F = . .

Onde:

C

a- coeficiente de arrasto;

q

- pressão dinâmica do vento ou pressão de obstrução;

A

e - área frontal efetiva, área de projeção ortogonal da estrutura sobre um plano perpendicular à direção do vento.

Esta força é particularmente importante pois permite ao calculista determinar ações com características globais, ou seja, ações estas que serão aplicadas em toda a estrutura.

5.4.2 Pressão dinâmica de vento (q)

A pressão dinâmica de vento, também conhecida como pressão de obstrução, é obtida pela expressão:

.

2

613 ,

0 v

_k

q =

onde

v

_ké a velocidade característica do vento em m/s, e a pressão q é obtida em N/

m

². 5.4.3 Velocidade característica do vento (

v

_k)

A velocidade característica do vento (

v

_k) é a velocidade do vento que atua sobre uma determinada parte da estrutura, dependendo da altura em relação ao solo, da rugosidade do terreno, das variações do relevo e das dimensões e do grau de segurança da estrutura. É obtida através da expressão:

3 2 1 0

. S . S . S v

v

_k

=

Onde:

v

0- velocidade básica do vento (m/s);

S

1 - fator topográfico;

S

2 - fator que considera a rugosidade do terreno, dimensões da estrutura e altura sobre o terreno;

S

3- fator estatístico.

A consideração da variação da velocidade do vento é um aspecto muito importante, e foi estudado por A. G. Davenport, que propôs que a velocidade varia de forma exponencial de acordo com o tipo de terreno (terrenos com grandes obstruções, terrenos com obstruções uniformes e de pouca altura, e terrenos com poucos obstáculos), conforme figura abaixo:

5.4.4 Velocidade Básica do Vento (V_o)

A velocidade básica do vento (Vo) em m/s é a velocidade de uma rajada de 3s, com 63% de possibilidade de ser excedida pelo menos uma vez em um período de retorno de 50 anos, e a 10m acima do terreno em campo aberto e plano. Admite-se que o vento básico pode soprar em qualquer direção horizontal.

A velocidade básica do vento depende da latitude e longitude onde a estrutura será instalada e é obtida através do gráfico de isopletas da norma NBR 6123:1988:

Pela figura acima, conclui-se que para a região de Joinville, tem-se que a velocidade básica do vento pode ser tomada com o valor de 42 m/s, o que equivale a aproximadamente a uma velocidade de 150 km/h!

5.4.5 Fator Topográfico (S₁)

O fator topográfico S₁ leva em consideração as variações do relevo do terreno e é determinado do seguinte modo:

A. Terreno plano ou fracamente acidentado: S1=1,0;

B. Taludes e Morros: S1≥1,0, com correção da velocidade básica a partir do ângulo de inclinação do talude ou do morro;

C. Vales profundos, protegidos de ventos de qualquer direção: S₁=0,9;

A figura a seguir ilustra os aspectos da alteração das linhas de fluxo do vento em função da topografia:

No caso de taludes e morros, o fator

S

₁ pode ser obtido de acordo com a figura:

Sendo

S

₁ uma função de

S

₁

( z )

, tem-se para o ponto B:

3

0

θ ≤

^:

S

1

⁽ z ⁾ = ^{1 , 0} :

17

6

^o

≤ θ ≤

^o ₁

( ) = 1 , 0 + ( 2 , 5 − ) tg ( − 3

^o

) ≥ 1 , 0 d

z z

S θ

45

o

θ ≥

^: ₁

( ) = 1 , 0 + ( 2 , 5 − ) 0 , 31 ≥ 1 , 0 d

z z S

Obs.: valores intermediários deverão ser interpolados linearmente.

Nas expressões anteriores, são definidos:

z – altura medida a partir da superfície do terreno no ponto considerado;

d – diferença de nível entre a base e o topo do talude ou morro;

θ

- inclinação média do talude ou encosta do morro.

Obs.: entre A e B e entre B e C o fator

S

₁ é obtido por interpolação linear.

5.4.6 Rugosidade do terreno, dimensões da edificação e altura sobre o terreno (Fator S₂)

O fator S₂ considera o efeito combinado da rugosidade do terreno, da variação da velocidade do vento com a altura acima do terreno e das dimensões da edificação ou parte da edificação em consideração.

5.4.6.1 Rugosidade do terreno

A NBR 6123 estabelece cinco categorias de terreno (I a V) em função de sua rugosidade, a saber:

Categoria I: Superfícies lisas de grandes dimensões, com mais de 5 km de extensão, medida na direção e sentido do vento incidente. Exemplos: mar calmo, lagos e rios, pântanos sem vegetação;

Categoria II: Terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível, com poucos obstáculos isolados, tais como árvores e edificações baixas. Exemplos: zonas costeiras planas, pântanos com vegetação rala, campos de aviação, pradarias e charnecas, fazendas sem sebes ou muros. A cota média do topo dos obstáculos é considerada inferior ou igual a 1,0m;

Categoria III: Terrenos planos ou ondulados com obstáculos, tais como sebes e muros, poucos quebra-ventos de árvores, edificações baixas e esparsas. Exemplos: granjas e casas de campo, com exceção das partes com matos, fazendas com sebes e/ou muros, subúrbios a considerável distância do centro, com casas baixas e esparsas. A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 3,0 m;

Categoria IV: Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco espaçados entre si, em zona florestal, industrial ou urbanizada. Exemplos: zonas de parques e bosques com muitas árvores, cidades pequenas e seus arredores, subúrbios densamente construídos de grandes cidades, áreas industriais plena ou parcialmente desenvolvidas. A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 10 m. Esta categoria também inclui zonas com obstáculos maiores e que ainda não possam ser consideradas na categoria V;

Categoria V: Terrenos cobertos por obstáculos numerosos, grandes, altos e pouco espaçados. Exemplos:

florestas com árvores altas, de copas isoladas, centros de grandes cidades, complexos industriais bem desenvolvidos. A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual ou superior a 25 m.

5.4.6.2 Dimensões da edificação

As dimensões da edificação estão relacionadas diretamente com o turbilhão (rajada) que deverá envolver toda a edificação. Quanto maior é a edificação maior deve ser o turbilhão que envolverá a edificação e consequentemente menor será a velocidade média.

A NBR 6123 define três classes de edificações e seus elementos, considerando os intervalos de tempo de 3,5 a 10 s para as rajadas:

Classe A: todas as unidades de vedação, seus elementos de fixação e peças individuais de estruturas sem vedação. Toda edificação na qual a maior dimensão horizontal ou vertical não exceda 20 m;

Classe B: toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal esteja entre 20 m e 50 m;

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

O fator S₂ usado no cálculo da velocidade do vento em uma altura z acima do nível geral do terreno é

b – parâmetro de correção da classe;

F

r - fator de rajada, sempre correspondente à classe B e categoria II;

z – altura acima do terreno, limitada à altura gradiente;

p – parâmetro metereológico.

Os parâmetros que permitem determinar

S

₂ para as cinco categorias de rugosidade do terreno e classes de dimensões das edificações definidas na norma são dados na tabela abaixo:

Categoria z _(m) Parâmetro Classes edificação. Esta recomendação é baseada no fato de que na fachada de barlavento e nas fachadas laterais o vento é defletido para baixo, com conseqüente aumento da pressão dinâmica na parte inferior da edificação.

Pela mesma razão, o fator

S

₂ é considerado constante até 10 m de altura na categoria V.

5.4.7 Fator Estatístico S3

O fator estatístico

S

₃ é baseado em conceitos estatísticos, e considera o grau de segurança requerido e a vida útil da edificação. Na falta de uma norma específica sobre segurança nas edificações ou de indicações correspondentes na norma estrutural, os valores mínimos do fator

S

₃ são os indicados na tabela a seguir:

Grupo Descrição S₃

1

Edificações cuja ruína total ou parcial pode 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,

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

5.4.8 Coeficiente de Arrasto (C_a)

Os coeficientes de arrasto indicados neste item são aplicáveis a corpos de seção constante ou fracamente variável, considerando s condições de turbulência ou não do vento que incide sobre a edificação.

O vento não turbulento, caracterizado pela ausência de obstruções, como por exemplo em campo aberto e plano, foi o utilizado para a determinação dos coeficientes de arrasto nos ensaios de túnel de vento.

Segundo a NBR 6123 uma edificação pode ser considerada em vento de alta turbulência quando sua altura não excede duas vezes a altura média das edificações nas vizinhanças, estendendo-se estas, na direção e no sentido do vento incidente, a uma distância mínima de:

- 500 m, para uma edificação de até 40 m de altura;

- 1000 m, para uma edificação de até 55 m de altura;

- 2000 m, para uma edificação de até 70m de altura;

- 3000 m, para uma edificação de até 80 m de altura.

Os gráficos a seguir permitem obter o coeficiente de arrasto em função das relações h/l₁ e l₁/l₂.

Coeficiente de arrasto (C_a) para edificações paralelepipédicas em vento de baixa turbulência.

Coeficiente de arrasto (C_a) para edificações paralelepipédicas em vento de alta turbulência.

No documento APOSTILA DE PEE (PROJETO DE ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS) (páginas 75-82)