A Ao do Vento em Edificaes

IntroduoO VentoO vento no um problema em construes baixas e pesadas com paredes grossas, Porm em estruturas esbeltas passa a ser uma das aes mais importantes a determinar no projeto de estruturas. As consideraes para determinao das foras devidas ao vento so regidas e calculadas de acordo com a NBR 6123/1988 Foras devidas ao vento em edificaes. importante definir alguns dos aspectos que regem as foras devidas ao vento, antes de passar a seu clculo. O vento produzido por diferenas de temperatura de massas de ar na atmosfera, o caso mais fcil de identificar quando uma frente fria chega na rea e choca-se com o ar quente produzindo vento, esse tipo de fenmeno pode ser observado antes do incio de uma chuva. Define-se o termo barlavento com sendo a regio de onde sopra o vento (em relao a edificao), e sota vento a regio oposta quela de onde sopra o vento). Quando o vento sopra sobre uma superfcie existe uma sobre presso (sinal positivo), porem em alguns casos pode acontecer o contrrio, ou seja existir suco (sinal negativo) sobre a superfcie. O vento sempre atua perpendicularmente a superfcie que obstrui sua passagem.A alvenaria um dos materiais de construo mais antigos e difundidos. Sua utilizao possibilitou, ao longo da histria da humanidade, a realizao de obras que aliavam o valor arquitetnico funo estrutural. Por outro lado, durante um longo perodo de tempo achou-se que se havia exaurido a funo portante da alvenaria e ela, destarte, estaria limitada como sistema estrutural. Graas, contudo, evoluo das tcnicas e sistemas construtivos e ao crescente surgimento de pesquisas cientficas nesta rea, a alvenaria estrutural vem recuperando o nvel de confiana como sistema construtivo seguro e de custos relativamente baixos, quando comparado com outras tcnica de construo. O processo construtivo em alvenaria foi trazido para o Brasil nos primrdios da colonizao, sendo quela poca largamente difundida a alvenaria de taipa (ABCI -1990). Posteriormente, foram introduzidos outros tipos de materiais, como por exemplo, o tijolo de barro cozido, evoluindo-se para os blocos estruturais. Durante um longo perodo, a alvenaria ficou restrita a construes de pequeno porte ou a servir de elemento de vedao nos edifcios de mltiplos pavimentos. Porm, a necessidade crescente de se construir edifcios mais altos, aliada busca de mtodos construtivos mais racionais, trouxe de volta o interesse dos Engenheiros pela alvenaria,

aproveitando-se as paredes como elementos estruturais. Na dcada de 70, edifcios com at 12 pavimentos j eram construdos, como por exemplo o Conjunto Parque da Lapa, em So PauloEm edifcios desse porte as aes do vento tornam-se importantes e o projetista no pode deixar de consider-las na sua anlise estrutural. As tcnicas existentes para a anlise do efeito do vento nos edifcios so diversas. Algumas envolvem clculos mais simplificados, outras procedimentos mais elaborados, como por exemplo a anlise matricial. Quanto aos pavimentos, a hiptese usualmente adotada a de considerar as lajes como diafragmas rgidos no seu plano. Os deslocamentos dos painis, em um mesmo pavimento, so iguais e as aes do vento so distribudas proporcionalmente s suas rigidezes relativas. Na anlise global dos edifcios, os painis so associados, de modo a formarem um conjunto resistente s aes do vento. Estas associaes podem ser planas ou tridimensionais, dependendo do arranjo estrutural dos painis.Nos edifcios de alvenaria estrutural, dada a duplicidade de funes exercidas pelas paredes, freqente a presena de aberturas. Os trechos de paredes existentes entre as aberturas so chamados de lintis. Logo, para a anlise do efeito do vento, os painis podem ser modelados como paredes isoladas ou paredes ligadas por lintis. As paredes isoladas so similares a vigas verticais, engastadas na base e livre no topo. Desde que os carregamentos atuantes sejam conhecidos, seus deslocamentos e esforos so calculados com facilidade.Nos casos de edifcios mais altos, devido ao maior impacto dos efeitos do vento, o sistema de contraventamento tem papel fundamental no comportamento da estrutura. Dessa forma, torna-se importante a busca por modelos que representem melhor o comportamento do edifcio sob as aes horizontais. Com esse modelo mais representativo possvel obter redues dos esforos internos condizentes com o comportamento da estrutura. Assim, torna-se possvel dimensionar paredes com blocos de menor resistncia compresso, reduzir a quantidade de armadura no-construtiva ou, at mesmo, considerar menos paredes estruturais para o edifcio

Acidentes:O vento no um problema em construes baixas e pesadas com paredes grossas, porm, em estruturas esbeltas, passa a ser uma das aes mais importantes a determinar no projeto de estruturas. As consideraes para determinao das foras devidas ao vento so regidas e calculadas de acordo com a NBR 6123/1988 Foras devidas ao vento em edificaes. A maioria dos acidentes ocorre em construes leves, principalmente de grandes vos livres, tais como hangares, pavilhes de feiras e de exposies, pavilhes industriais, coberturas de estdios, ginsios cobertos. Ensaios em tneis de vento mostram que o mximo de suo mdia aparece em coberturas com inclinao entre 8 e 12, para certas propores da construo, exatamente as inclinaes de uso corrente na arquitetura em um grande nmero de construesAs principais causas dos acidentes devidos ao vento so:a) falta de ancoragem de teras;b) contraventamento insuficiente de estruturas de cobertura;c) fundaes inadequadas;d) paredes inadequadas;e) deformabilidade excessiva da edificaoMuitos casos no so considerados dentro da NBR 6123, porm quando a edificao, seja por suas dimenses e ou forma, provoque perturbaes importantes no escoamento ou por obstculos na sua vizinhana, deve-se recorrer a ensaios em tnel de vento, onde possam ser simuladas as caractersticas do vento naturalCasos FamososTakoma BridgeA ponte pnsil com 1600 m Tacoma Narrows, em Tacoma, Washington, colapsou em 7 de novembro de 1940, alguns meses depois de ser inaugurada. O colapso ocorreu aps um vento de 65 km/s faz-la vibrar e entrar em ressonncia.

Inicialmente, a ponte comeou a vibrar em modos longitudinais, isto , ao longo de seu comprimento. Mas, logo apareceram os chamados modos torsionais, nos quais a ponte balanava para os lados, se torcendo toda. Na ressonncia, a amplitude desses modos torsionais aumentou de tal forma que a ponte desabou.Pavilho de So CristvoO Pavilho de So Cristovo foi projetado pelo Arquiteto Srgio Bernardes, um, um dos projetos que muitos dos admiradores deste ousado arquiteto talvez considerem beira da genialidade. Aps concludo, o pavilho abrigou muitos eventos ao longo dos anos. sua poca, o pavilho tinha quase 160.000 metros quadrados, tendo sido uma das maiores reas cobertas do mundo sem vigas ou pilares. O sistema estrutural da cobertura foi pensado como uma superfcie ou uma espcie de rede suspensa, como a do projeto de Matthew Nowicki, terminado em 1952.Para tal, centenas de cabos de ao foram fixados nas extremidades da estrutura de concreto armado que circundava o pavilho, com formas coerentes com a superfcie ser formada. Sobre os cabos de ao existia uma cobertura de material plstico. Entretanto, um vendaval que no estava nos planos do Arquiteto e certamente no estava tambm nos planos e planilhas de clculo dos Engenheiros Calculistas que viabilizaram a estrutura, impiedosamente destruiu a cobertura de plstico.Posteriormente foram usadas chapas metlicas para a cobertura, e provavellmente esta substituio deve ter alterado para menos as potencialidades de climatizao do edifcio. Tempos depois, novamente tudo indicou que a cobertura era instvel em relao aos ventos. At por volta de 1988, o pavilho ainda era coberto. Mas um novo vendaval resolveu demonstrar que, se os efeitos dos ventos no forem bem considerados, principalmente quanto s formas que podem produzir diferentes tipos de presso em funo dos fluxos de ar em relao s estas formas, o resultado pode ser desastroso. E certamente o vento resolveu novamente desafiar as ideias inovadoras e os clculos. A cobertura foi novamente arrancada pelo vento.Aps esta data, a cobertura foi ento removida, e o pavilho ficou por muito tempo sem uso, at que em 2003 passou a abrigar a Feira de So Cristvo, conferindo mesma um ambiente arquitetnico interessante, curioso e com algumas histrias pregressas. Mas desta vez sem a cobertura.Os clculos so determinados a partir de velocidades bsicas determinadas experimentalmente em torres de medio de ventos, e de acordo com a NBR6123 a 10 metros de altura, em campo aberto e plano. A velocidade bsica do vento uma rajada de trs segundos de durao, que ultrapassa em mdia esse valor uma vez em 50 anos, e se define por V0. Essas velocidades foram processadas estatisticamente, com base nos valores de velocidades mximas anuais medidas em cerca de 49 cidades brasileiras. A NBR6123 desprezou velocidades inferiores a 30 m/s. Considera-se que o vento pode atuar em qualquer direo e no sentido horizontal. A Fig. 3.2 representa os valores de velocidade bsica atravs de curvas isopletas (mesma velocidade do vento). Como uma indicao do que acontece na regio de Passo Fundo, apresenta-se na Tabela as velocidades mximas e mdias medidas na Estao Agro - Meteorolgica da EMBRAPA Trigo.Velocidades mximas e mdias medidas na Estao meteorolgica da EMBRAPATrigo, no perodo 1977-1994, tendo como referncia a altura de 10m (Fonte: CUNHA, 1997).consideradaJan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezVelocidade 4,1 3,9 3,8 4,0 3,9 4,2 4,7 4,4 4,7 4,5 4,3 4,2Durao NE NE NE NE NE NE NE NE NE NE NE NEVelocidade mxima (m/s) e direo da velocidade mximaJan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov DezVelocidade 28,8 27,2 26,5 31,0 34,1 28,7 40,0 24,8 41,3 38,8 39,0 27,2Durao N NW NW N S N NW W N S SW WDeterminao da presso dinmica ou de obstruoA Velocidade caracterstica Vk : a velocidade usada em projeto, sendo que so considerados os fatores topogrficos (S1), influncia da rugosidade(obstculos no entorno da edificao) e dimenses da edificao (S2) e o fator de uso da edificao (que considera a vida til e o tipo de uso). A velocidade caracterstica pode ser expressa como: Vk = Vo S1 S2 S3

Onde:Vo: velocidade bsicaS1: fator topogrficoS2: fator de rugosidade e dimenses da edificaoS3: fator estatstico

Mapa de isopletas de vento, Velocidade BsicaOs valor do fator S1 pode tomar os seguintes valores:a) Terreno plano ou quase plano : S1 = 1,0

b) Taludes e morros (veja-se NBR6123/1988)c) Vales protegidos : S1 = 0,9S2 determinado definindo uma categoria (rugosidade do terreno) e uma classe deacordo com as dimenses da edificao. As categorias so definidas, de acordo com aNBR6123, na Tabela abaixo. Definio de categorias para determinao do coeficiente S2

Definio de categorias de terreno segundo NBR6123/1988

CategoriaDescrio do ambiente

1mar calmo, lagos, rios, pntanos

2casas de campo, fazendas com muros, subrbios, com altura mdia dos

3obstculos de 3,0m

4florestas com rvores altas, centros de grandes cidades, com altura mdia

igual ou superior a 25,0m

O clculo de S2 expresso por S2 = b.Fr(z/10)ponde z a altura total da edificao(no caso, a cumeeira) e os parmetros b, Fr e p soobtidos em tabela prvia.fator estatstico S3 definido dependendo do uso da edificao, e normalmente especificando a vida til da mesma para 50 anos. Os valores mnimos que podem ser adotados esto definidos em tabela.A presso dinmica ou de obstruo do vento, em condies normais de presso (1 Atm 101320MPa) e temperatura a 150, dada pela expresso:q = 0,613Vk2 (N/m2)

Determinao das foras estticas devidas ao vento

A fora devido ao vento depende da diferena de presso nas faces opostas da parte daedificao em estudo (coeficientes aerodinmicos). A NBR6123 permite calcular as foras a partir de coeficientes de presso ou coeficientes de fora. Os coeficientes de forma tm valores definidos para diferentes tipos de construo na NBR6123, que foram obtidos atravs de estudos experimentais em tneis de vento. A fora devida ao vento atravs dos coeficientes de forma pode ser expressa por:F = (Cpe Cpi) q AOnde Cpe e Cpi so os coeficientes de presso de acordo com as dimenses geomtricas da edificao, q a presso dinmica obtida de acordo com o item 3.2 e A a rea frontal ou perpendicular a atuao do vento. Valores positivos dos coeficientes de forma ou presso externo ou interno correspondem a sobrepresses, e valores negativos correspondem a sues.A fora global do vento sobre uma edificao ou parte dela (Fg) obtida pela soma vetorial das foras que a atuam. A fora global na direo do vento (Fa), expressa por:Fa= Ca q AeondeCa = coeficiente de arrasto (coeficiente de fora)Ae = rea frontal efetivaCoeficientes de Presso e Forma Aerodinmicos

Ao incidir sobre uma edificao, o vento, devido a sua natureza, provoca presses ou suces. Essas sobrepresses ou suces so apresentadas em forma de tabelas na NBR6123, assim como em normas estrangeiras, e dependem exclusivamente da forma e da proporo da construo e da localizao das aberturas. Um exemplo simples seria aquele do vento atingindo perpendicularmente um a placa plana, veja-se Fig. 3.4, na qual a face de barlavento, o coeficiente de presso na zona central chega a +1,0, decrescendo para as bordas, e constante e igual a 0,5 na face a sotavento; assim sendo, esta placa estaria sujeita a uma presso total, na zona central, de Cp= 1,0 (-0,5) = 1,5Os coeficientes de presso externa tm valores definidos para paredes para prdios com base retangular, telhados a uma ou duas guas com base retangular, telhados em arco com base retangular e outros. Para edificaes que no constam na NBR6123, ou no podem ser extrapoladas a partir dos dados nela expressa, recomenda-se que sejam realizados ensaios em tnel de vento para determinar os valores de coeficientes de presso externos. Toda edificao tem aberturas, sua localizao e tamanho determinam os coeficientes de presso interna edificao. A NBR6123, no seu anexo D, apresenta os detalhes necessrios para determinao do coeficiente de presso interna. Se a edificao for totalmente impermevel ao ar, a presso no interior da mesma ser invarivel no tempo e independente da velocidade da corrente de ar externa. Portanto o coeficiente de presso interna depende da permeabilidade da edificao, o ndice de permeabilidade de uma parte da edificao definido pela relao entre a rea dasaberturas e a rea total desta parte. So considerados impermeveis os seguintes elementos construtivos e vedaes: lajes e cortinas de concreto armado ou protendido, paredes de alvenaria, de pedra, tijolos, de blocos de concreto e afins, sem portas, janelas ou quaisquer outras aberturas. Os demais elementos construtivos so considerados permeveis. A permeabilidade deve-se presena de aberturas tais como: juntas entre painis de vedao e entre telhas, frestas em portas e janelas, ventilaes em telha e telhados, vo abertos de portas e janelas, chamins, lanternins, etc.A prpria NBR6123 apresenta para edificaes com paredes internas permeveis, valores que podem ser adotados para o coeficiente de presso interna:(a) duas faces opostas igualmente permeveis; as outras duas impermeveis:- Vento perpendicular a uma face permevel Cpi= +0,2- Vento perpendicular a uma face impermevel Cpi= -0,3(b) Quatro faces igualmente permeveis Cpi = -0,3 ou 0, deve-se considerar o valor mais nocivo.Nenhuma das faces poder ter ndice de permeabilidade maior que 30%, para poder usar as consideraes acima expostas.Coeficiente de arrasto CaUsado principalmente na avaliao da fora global na estrutura, sendo determinado conforme item 6.3 da NBR6123 e pode variar de: 0,7 Ca 2,2, dependendo da forma da edificao.A fora de arrasto dada por:Fa = Ca q Ao , onde: Ao = rea de referncia.Coeficiente de atrito CfEm determinadas obras deve ser considerada a fora de atrito representada por: F = Cf A q, onde 0,01 Cf 0,04

DEMONTRAO DE CLCULO PARA GALPO

Demontrao dos coeficientes de presso do vento para um galpo. O galpo,Esta sendo construdo em nova lima no Bairro Vlla da Serra. O tapamento e cobertura em chapa zincada.

- Considerar: Vento frontal (V1) e lateral (V2).Soluo:a) Presso dinmica do vento

1- Velocidade bsica Vo Vo= 45 m/s - (Conforme Fig. 1 - NBR 6123)2- Velocidade Caracterstica Vk Vk= S1 x S2 x S3 x Vo- fator topogrfico S1: S1= 1.0 (item 5.2.a - NBR 6123)- fator rugosidade do terreno e dimenses da edificao S2:rugosidade do terreno: considerando terreno com poucos obstculos.Categoria III - (item 5.3.1 NBR 612 dimenses da edificao: uma das dimenses maior que 50m

Classe C (item 5.3.2 - NBR 6123)obteno do fator S2: pode ser obtido pela frmula S2= b x Fr x (z / 10)p , considerando os valores da Tabela 1 ou Diretamente da Tabela 2, do item 5.3.3 - NBR 6123. S2= b x Fr x (z / 10)p , onde: z= altura da edificao S2= 0.93 x 0.95 x (7.76 / 10)0.115 = 0.858- fator estatstico S3: S3= 0.95 (edifcio com baixo fator de ocupao depsitoGrupo 3 Tabela 3 NBR 6123)Vk = S1 x S2 x S3 x V0Vk= 1.0 x 0.858 x 0.95 x 45= 36.68m/s3- Presso dinmica q:q= 0.613 x Vk2q= 0.613 x (36.68)2q= 825 N/m2

Presso InternaO clculo da presso interna feito de acordo com o item 6.2 - NBR 6123

Para efeito de clculo deste exemplo, desprezamos a possibilidade de aberturadominante em qualquer face e consideramos conforme o item 6.2.5.a, que geralmente o mais usado para galpo desde que as aberturas no sejamexageradas, logo: Cpi= +0.2 ou Cpi= -0.3 (adotar o mais nocivo)

CONCLUSO

Esse trabalho foi de grande proveito para ns, pois nos deu uma ideia de como podemos explorar a aplicabilidade do ao em telhado nas situaes do dia-a-dia. Foi fascinante ver como, atravs de um tema comum como a construo civil, e ainda mais, utilizando apenas uma pequena parte da casa, que a tesoura do telhado e o telhado podemos utilizar vrios conhecimentos matemticos, como regra de trs, teorema de Pitgoras, radiciao, trigonometria, geometria, e outros mais. A partir dessa experincia, temos mais uma ferramenta que pode ser utilizada como estratgia de ensino, pois ela leva em conta os interesses e necessidades prticas da comunidade, e pode ser um caminho para despertar nos alunos o interesse por tpicos da estrutura metlicos que ainda desconhecem, alm de aprenderem arte de modelar um telhado seja com uma, duas ou mais aguas. Esse mtodo conduz, tambm, a um trabalho de natureza interdisciplinar, o qual requer dilogo constante com outras reas do conhecimento. Entendemos que existe um campo muito amplo para ser explorado em relao a esse assunto. Seria importante podermos dar continuidade neste trabalho em outros momentos, onde poderamos desenvolver outros modelos de estruturas metlicas que fossem teis nas demais etapas da construo civil.

Bibliografia

www.livrariacultura.com.br/.../estruturas-de-aco-dimensionamento-pratic.normaabnt.blogspot.com/2013/10/norma-abnt-nbr-6123-download.htmwww.ebah.com.br/content/ABAAAAqDoAB/basico-sobre-telhados

http://www.constructalia.com/portugues_br/atualidades/mais_noticias/mais_noticias97/perfis_em_aco_galvanizado_para_estrutura_de_telhados

http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/65439/000864069.pdf?seque