cargas devido ao vento em estruturas leves esbeltas, como é o caso das estruturas construídas em...

CARGAS DEVIDO AO VENTO

• Em estruturas leves esbeltas, como é o caso das estruturas construídas em aço, o vento é resposável por grande parte dos acidentes. Sendo assim, o vento é uma ação que não deve ser ignorada.

• Essas ações podem ser determinada conforme as prescrissões da NBR 6123/88 “ Forças devido ao vento em edificações”

Grau

Velocidade do ventoDescrição do

vento Efeitos devidos ao ventoIntervalo

(m/s)Média (km/h)

0 0,0-0,5 1 Calmaria ----------1 0,5-1,7 4 Sopro Fumaça sobe na vertical2 1,7-3,3 8 Brisa leve Sente-se o vento nas faces3 3,3-5,2 15 Brisa fraca Movem-se as folhas das árvores4 5,2-7,4 20 Brisa

moderadaMovem-se pequenos ramos e as bandeiras se

estendem

5 7,4-9,8 30 Bisa viva Movem-se ramos maiores6 9,8-12,4 40 Brisa forte Movem-se arbustos7 12,4-15,2 50 Ventania fraca Dobram os galhos fortes

8 15,2-18,2 60 Ventania moderada

Difícil de caminhar, galhos quebram-se e troncos oscilam

9 18,2-21,5 70 Ventania Objetos leves são deslocados, quebram-se arbustos e galhos grossos

10 21,5-25,5 80 Ventania forte Árvores são arrancadas e postes são quebrados

11 25,5-29,0 90 Ventania destrutiva

Avarias severas

12 >29,0 105 Furacão Calamidades

: • Posição geográfica da edificação;• Altura da edificação e projeção em planta; • Aspectos topográficos;• Rugosidade do terreno.

FAT. QUE INTERFEREM NA VELOCIDADE DO VENTO

DETERMINAÇÃO DA PRESSÃO DINÂMICA OU DE OBSTRUÇÃO

Velocidade característica Vk (velocidade de projeto)Vk = V0S1S2S3

Onde: V0 – velocidade básica do vento (m/s) S1 – fator topográfico S2 – fator rugosidade do terreno e dimensão

da edificação S3 – fator estatísitico (ocupação)

MA

PA D

E IS

OPL

ETA

S PA

RA

DET

ERM

INA

ÇÃ

O D

A

VEL

OC

IDA

DE

BÁ

SIC

A D

O V

ENTO

V0(m

/s)

FATOR TOPOGRÁFICO S1 a) Terreno plano ou fracamente acidentado: S1 = 1,0;

b) Taludes e morros -no ponto A (morros) e nos pontos A e C

(taludes): S1 = 1,0;-no ponto B: [ S1 é uma função S1(z)]:

θ ≤ 3º : S1(z) = 1,0

6º ≤ θ ≤17 º :

θ ≥45º:

[ interpolar linearmente para 3º < θ < 6 º < 17 < θ < 45º ]

Nota:Interpolar entre A e B e entre B e C.Vales profundos S1 = 0,9.

01 1,0 2,5 tan 3 1zS z

d

1 1,0 2,5 0,31 1zS zd

FATOR RUGOSIDADE DO TERRENO E DIMENSÃO DA EDIFICAÇÃO S2

S2 é determinado definindo uma categoria (rugosidade do terreno) e uma classe de acordo com as dimensões da edificação.

Definição de categorias de terreno segundo NBR 6123/1988

Categoria Discrição do ambiente

I Mar calmo, lagos, rios, pântanos

II Campos de aviação, fazendas

III Casas de campo, fazendas com muros, subúrbio, cam altura média dos obstáculos de 3,0 m

IV Cidades pequenas, suburbios desamente construídos, áreas industriais desenvolvidas, com muros, suburbios, com altura média dos obstáculos de 10,0 m

V Florestas com árvores altas, centros de grandes cidades, com altura média igual ou superior a 25,0 m

Rugosidade do terreno

Classe Descrição

A Maior dimensão da superfície frontal menor ou igula 20 metros

B Maior dimensão da superfície frontal entre 20 e 50 metros

C Maior diemnsão da suerfície frontal que 50 metros

Categoria Zg (m) Parâmetro ClassesA B C

I 250 bp

1,100,06

1,110,065

1,120,07

II 300bFrp

1,001,000,085

1,000,980,09

1,000,950,10

III 350 bp

0,940,10

0,940,105

0,930,115

IV 420 bp

0,860,12

0,850,125

0,840,135

V 500 bp

0,740,15

0,730,16

0,710,175

2 10

p

rzS bF

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

Parâmetros metereológicos

Dimensões da edificação

FATOR ESTATÍSICO S3

S3 é definido em função da ocupação da edificação

Grupo Descrição S3

1

Edificações cuja ruina 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 Edificação para hotéis e residências. Edificação 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 Edificação temporárias. Estruturas dos grupos 1 a 3 durante a construção 0,83

Valores mínimos do fator estatístico S3

Pressão dinâmica ou de obtrução do vento é dada por:

q = 0,613Vk2 (N/m2)

DETERMINAÇÃO DAS FORÇAS ESTÁTICAS DEVIDO AO VENTO

A força devido ao vento depende da diferença de pressão nas faces opostas da parte da edificação em estudo, essa força é obtida por:

F = ( Cpe – Cpi)qA

Onde Cpe e Cpi são os coeficientes de pressão de acordo com as dimensões geométricas da edificação, q é a pressão dinâmica e A é a área frontal ou perpendicular a atuação do vento. Valores positivos dos coeficiente de forma ou pressão externo ou interno coreespondem a sobrepressões e valores negativos correspondem a suções.

Coeficientes de pressão externo Cpe (paredes laterais)

Detalhamento das regiões

Coeficientes de pressão externo Cpe (telhado)

Detalhamento das regiões

Coeficientes de pressão interno Cpi

CpiDuas faces opostas igualmente permeáveis; as outras faces impermeaveis

+0,2 Vento perpendicular a uma face permeável

-0,3 Vento perpendicular a uma face impermeável

-0,3 ou 0 Considerar o valor mais nocivo para o caso de quatro faces igulamente permeáveis

a) Duas faces opostas igualmente permeáveis; as outras duas faces impermeáveis:

b) Quatro faces igualmente permeáveis: Cpi = 0,3 ou 0 (considerar o valor mais nocivo)

Abertura dominânte (área aberta maior que a soma de todas as outras presente na edificação)

Proporção entre a área de todas as aberturas na face do barlavento e a área total das aberturas em todas as faces.

1 Cpi= +0,1

1,5 Cpi=+0,3

2 Cpi=+0,5

3 Cpi=+0,6

6 ou mais Cpi=+0,8

Coeficientes de pressão interno Cpi

c) Abertura dominante em uma face; as outras faces de igual permeabilidade

C1 - Abertura dominante na face do barlavento

Coeficientes de pressão interno Cpi

C.2 - Abertura dominante na face do sotavento.

• Adotar o valor do coeficiente de forma externo, Ce, correspondente a esta face.

C3 – Abertura dominante em uma face paralela ao vento

C3.1 - abertura dominante não situada em zona de alta sucção externa

Adotar o valor do coeficiênte de forma externo Ce, correspondente ao local da abertura nesta face

Proporção entre a área da abertura dominate ( ou área das aberturas situadas nesta zona) e área total das outras aberturas situadas em todas as faces submetidas a sucção externas:

0,25 Cpi= - 0,40,50 Cpi= - 0,50,75 Cpi= - 0,61,0 Cpi= - 0,71,5 Cpi= - 0,8

3 ou mais Cpi= - 0,9

Coeficientes de pressão interno Cpi

C.3.2 - Abertura dominante situada na zona de alta sucção externa.

Método dos estados limites

ESTADOS LIMITES • Estado limite último • Estado limite de serviço

Método dos estados limites

• Estado Limite ÚltimoEstado a partir do qual se dermina paralisação de parte ou de toda a estrutura.

Exemplos:Formação de um sistema hipostáticoRuptura ou plastificação excessiva Perda de capacidade por parte de seus elementos,

ruptura de seções

• Estado limite limite de utilização:

Estados ou circunstâncias que pela sua ocorrência, repetição ou duração, provocam efeitos estruturais que extrapolam as condições estabelecidas para o uso normal da construção, ou que são indícios claros de comprometimento da sua durabilidade, funcionalidade e estética.

Método dos estados limites

Estado limite limite de utilização

Pode ser caracterizado quando se verifica os seguintes fenômenos:– Deformações excessivas para utilização normal da estrutura, como por

exemplo: flechas ou rotações que afetam a aparencia da estrutura.

– Deslocamentos excessivos sem perda de equilibrio.– Danos Locais excessivos (fissuração, rachaduras, corrosão etc.) que

afetam a utilização ou a durabilidade da estrutura.

Método dos estados limites

Método dos estados limites

Verificação de projeto

Sd ≤ Rd

Método dos estados limites

• SolicitaçõesAções: - Causas que provocam esforços na estrutura. Exemplo: Vento, peso próprio dos elementos estruturais, peso de elementos de vedação e demais componentes da edificação, peso das pessoas, de moveis, empuxo de terra, protenção, cargas de equipamentos etc.

Método dos estados limites

CLASSIFICAÇÃO

Variabilidade no tempo:

- Permanente

- Varáveis

Método dos estados limites

CLASSIFICAÇÃOAção permanentes – Apresentam pouca variação em torno da média ao longo do tempoDiretas: (peso próprio, peso dos elementos de vedação, peso de equipamentos fixos. etc)Indiretas: (Protenção, recalque de apoio, retração de materiais que compoem a estrutura. etc)

Método dos estados limites

Ações variáveis – Apresentam grandes variações em torno da média ao longo do tempo. Exemplo: (as cargas acidentais das construções, bem como efeitos, tais como forças de frenação, de impacto e centrífugas, os efeitos do vento, das variações de temperatura, do atrito nos aparelhos de apoio e, em geral, as pressões hidrostáticas e hidrodinâmicas)Ações variáveis normais – grande probabilidade de ocorrencia e de obrigatória consideração no projeto.Ações variáveis especiais – Ações de natureza ou intensidades especiais, como abalo sísmico por exemplo.

Método dos estados limites

• Ações excepcionais – São as que têm duração extremamente curta e muito baixa probabilidade de ocorrência durante a vida útil da construção.

Método dos estados limites

• Valores representativos:

As ações são quantificadas por seus valores representativos, que podem ser valores característicos, valores característicos nominais, valores reduzidos de combinação, valores convencionais excepcionais, valores reduzidos de utilização e valores raros de utilização.

Método dos estados limites

Valores representativos para estados limites últimos

Valores característicos - São denotados por “Fk” e definidos

em função da variabilidade de suas intensidades. - para ações variáveis, correspondem a valores que tem 25% a 35% de chance de ser ultrapassados em um período de 50 anos.

- para ações permanentes, corresponde ao percentil 50, seja para efeitos desfavoraveis ou favoraveis

Método dos estados limites

Valores representativos para estados limites últimos

Valores característicos nominais - definidos da seguinte maneira:

- para ações que não tem sua variabilidade expressa por uma função de densidade de probabilidade tem seus valores escolhidos consensualmente.

- para ações que tem pouca variabilidade, adota-se os valores médios.

Método dos estados limites• Valores representativos para estado limite de utilização Valores reduzidos reduzidos de utilização

- os valores reduzidos de utilização são determinados a partir dos valores característicos pelas expressões ψ1 Fk e ψ2 Fk, e são empregados na verificação da segurança em relação a estados limites de utilização, decorrentes de ações que se repetem muitas vezes e ações de longa duração, respectivamente;- os valores reduzidos ψ1 Fk são designados por valores freqüentes e os valores reduzidos ψ2 Fk por valores quase permanentes das ações variáveis.

Método dos estados limites• Combinações de ações. Carregamentos

Carregamento - conjunto das ações com probabilidade não desprezível de ocorrência simultânea. É obtido de modo a considerar os efeitos mais desfavoráveis para estrutura.

Método dos estados limites

TIPOS DE CARREGAMENTOS:• Normal • Especial • Excepcional• De construção

Método dos estados limitesCoeficientes de ponderação das ações (f)

As ações devem ser ponderadas pelo coeficiente (f), dado por:

f = f1f2f3

f1 - é a parcela do coeficiente de ponderação das ações f , que considera a variabilidade das ações;

f2 - é a parcela do coeficiente de ponderação das ações f , que considera a simultaneidade de atuação das ações;

f3 - é a parcela do coeficiente de ponderação das ações f , que considera os possíveis erros de avaliação dos efeitos das ações, seja por problema construtivo, por deficiência do método empregado.

Método dos estados limites• Coef. de ponderação das ações no estados limites últimos

O produto f1f3 é representado por g ou q. O coeficiente f2 é igual o fator de combinação 0.

Método dos estados limites• Ações permanentes (estruturas de aço)

Coeficientes de ponderação das ações permanentes “g“

Combinações Ações permanentes g a c

Diretas Indiretas

Peso próprio de estruturas

metálicas

Peso próprio de estruturas metálicas

pré-moldas

Peso próprio de estruturas

moldadas no local e de elementos

construtivos industrializados

e empuxos permanentes

Peso próprio de elementos construtivo

s industrializados com adições in

loco

Peso próprio de elementos construtiv

os em geral e

equipamentos

Normais 1,25(1,00)

1,30(1,00)

1,35(1,00)

1,40(1,00)

1,50(1,00)

1,20(0)

Especiais ou de construção

1,15(1,00)

1,20(1,00)

1,25(1,00)

1,30(1,00)

1,40(1,00)

1,20(0)

Exepcionais 1,10(1,00)

1,15(1,00)

1,15(1,00)

1,20(1,00)

1,30(1,00)

0(0)

Método dos estados limites• Ações variáveis (estruturas de aço)

Coeficientes de ponderação das ações variáveis “q“

Combinações Ações variáveis q a d

Diretas

Efeito de temperatura b

Ação do Vento Ações Truncadas e Demais ações variáveis, incluindo as decorrentes do uso e ocupação

Normais 1,20 1,40 1,20 1,50

Especiais ou de construção

1,00 1,20 1,10 1,30

Exepcionais 1,00 1,00 1,00 1,00

a) Valores entre parênteses correspondem aos coeficientes para ações favoráveis.b) O efeito de temperatura citado não inclui o gerado por equipamentos, o qual deve ser

considerado a ação decorrente do uso e ocupação da edificação.c) Nas combinações normais, ação permanentes diretas que não são favoráveis à

segurança podem, opcionalmente, ser consideradas todas agrupadas, com coeficiente de ponderação igual a 1,35 quando as ações variáveis decorrentes do uso e ocupação forem superior a 5kN/m2, ou 1,40 quando isso não ocorrer. Nas combinações especiais ou de construção, os coeficientes de ponderação são respectivamente 1,25 e 1,30, e nas combinações excepcionais, 1,15 e 1,20.

d) Nas combinações normais, se as ações permanentes diretas que não são favoráveis à segurança forem agrupadas, as ações variáveis que não são favoráveis à segurança podem, opcionalmente, ser consideradas também todas agrupadas, com coeficiente de ponderação igual a 1,50 quando ações decorrentes do uso de ocupação forem superior a 5 kN/m2, ou 1,4 quando isso não ocorrer (mesmo nesse caso, o efeito da temperatura pode ser considerado isoladamente, com seu próprio coeficiente de ponderação). Nas combinações especiais ou de construção, os coeficientes de ponderação são respectivamente, 1,30 e 1,20, e nas combinações excepcionais, sempre 1,00.

e) Ações truncadas são consideradas ações variáveis cuja distribuição de máximos é truncada por um dispositivo físico, de modo que o valor dessa ação não possa superar o limite correspondente . O coeficiente de ponderação mostrado nesta tabela se aplica a este valor-limite.

Método dos estados limites

Ações γf2a

0 1 2d

Ações variáveis causadas pelo uso e ocupação

Locais em que não há predominância de pesos e de equipamentos que permancem fixos por longos períodos de tempo, nem de elevadas concentrações de pessoas (edificações residenciais) b

0,5 0,4 0,3

Locais em que há predominância de pesos e de equipamentos que permancem fixos por longos períodos de tempo, ou de elevadas concentrações de pessoas (Edificações comerciais, de escritórios e de acesso público)

0,7 0,6 0,4

Bibliotecas, arquivos depósitos, oficinas e garagens e sobrecargas em coberturas

0,8 0,7 0,6

vento Pressão dinâmica do vento nas estruturas em geral 0,6 0,3 0Temperatura Variações uniformes de temperatura em relação a média

anual local0,6 0,5 0,3

Cargas móveis e seus efeitos dinâmicos

Passarela de pedestres 0,6 0,4 0,3Vigas de rolamento de pontes rolantes 1,0 0,8 0,5Pilares e outros elementos ou subestruturas que suportam vigas de rolamento de pontes rolantes

0,7 0,6 0,4

b Edificações resisdenciais de acesso restritoc Edificações comerciais, de escritórios de acesso público.d Para combinações excepcionais onde a ação principal for sismo, admite-se adotar para 2 o valor zero

Fatores de combinação e de utilização “i” (estruturas de aço)

Método dos estados limitesValores de cálculo (ou de projeto)

• Combinações últimas normais

, 1, ,01 2

i i k k j j k

m n

d g G q Q qj Qi j

F F F F

Método dos estados limitesValores de cálculo (ou de projeto)

• Combinações últimas especiais e de construção

, 1, ,0 ,1 2

i i k k j j k

m n

d g G q Q qj ef Qi j

F F F F

Método dos estados limitesValores de cálculo (ou de projeto)

• Combinações últimas excepcionais

, 1, ,0 ,1 2

i i k EXC j j k

m n

d g G q Q qj ef Qi j

F F F F

Método dos estados limites

COMBINAÇÕES PARA ESTADO LIMITE DE UTILIZAÇÃOCombinações quase permanentes de serviço

, ,21 1

i k j j k

m n

ser g qi j

F F F

Método dos estados limites

COMBINAÇÕES PARA ESTADO LIMITE DE UTILIZAÇÃOCombinações frequentes de serviço

, , ,1 21 2

i k j k j j k

m n

ser g q qi j

F F F F

Método dos estados limites

COMBINAÇÕES PARA ESTADO LIMITE DE UTILIZAÇÃOCombinações raras de serviço

, , ,11 2

i k j k j j k

m n

ser g q qi j

F F F F

LIMITES DE DESLOCAMENTOS

LIMITES DE DESLOCAMENTOS

TRELIÇA ou PÓRTICOPermanente Peso próprio, peso das telhas, forro , estruturas de travamento, etc.

Sobrecarga: Anexo B.5.1 ABNT NBR 8800/2008Nas coberturas comuns (telhados ), na ausência de especificação mais rigorosa, deve ser prevista uma sobre carga caracterísitca mínma de 0,25 kN/m2, em projeção horizontal. Admite-se que essa sobre carga englobe as cargas decorrentes de instalações elétricas e hidráulicas, de isolamento térmico e acustico e de pequenas peças eventualemente fixadas na cobertura até um limite superior de 0,05 kN/m2

Valor de cálculo das ações Fd

TERÇAS Acidental: Anexo B.5.1 ABNT NBR 8800/2008Nas coberturas comuns (telhados ), na ausência de especificação mais rigorosa, deve ser prevista uma sobre carga caracterísitca mínma de 0,25 kN/m2, em projeção horizontal. Admite-se que essa sobre carga englobe as cargas decorrentes de instalações elétricas e hidráulicas, de isolamento térmico e acustico e de pequenas peças eventualemente fixadas na cobertura até um limite superior de 0,05 kN/m2

Valor de cálculo das ações Fd