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Você conhece os fenômenos que podem causar destruições desta sequencia de imagens? Parte do telhado da sede da Sociedade Santos Dumont foi arrancado pelo vento - 26/12/2012 Brusque – SC 2009 - Ginásio da Escola Estadual de Guaraciaba (SC) destruído pela tempestade. 2011 - Canoas – RS Tufão Nesat nas Filipinas em 2011, ventos de até 140 km/h Imagem: folha.com Várias são as causas de desabamentos nas estruturas, nesta apresentação iremos abordar a ação dos ventos, muitas vezes subestimado por engenheiros e arquitetos. Ação dos ventos nas coberturas em balanço Forças Estáticas Devidas ao Vento A norma brasileira traz as isopletas da velocidade básica no Brasil. Como regra geral, admite-se que o vento básico possa soprar de qualquer direção horizontal. Uma vez definida, a velocidade básica é multiplicada pelos fatores de ponderação S1, S2, S3 para ser obtida a velocidade característica do vento Vk, para a parte da edificação em consideração. A velocidade característica do vento permite, então, determinar a pressão dinâmica e a componente da força global na direção do vento. VENTO A BARLAVENTO PRODUZ UM ESFORÇO DE PRESSÃO SOBRE O COMPONENTE, EMPURRANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO Fonte: Prof. Watanabe VENTO A SOTA-VENTO PRODUZ UM ESFORÇO DE SUCÇÃO SOBRE O COMPONENTE, PUXANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO Fonte: Prof. Watanabe VENTO PARALELO PRODUZ UM ESFORÇO DE SUCÇÃO VERTICAL SOBRE O COMPONENTE, PUXANDO-O NA DIREÇÃO PERPENDICULAR AO DO VENTO Fonte: Prof. Watanabe Aerofólio ajuda a manter a estabilidade de um veículo se deslocando em alta velocidade Fonte: Prof. Watanabe VENTO COM PRESSÃO INTERNA PRODUZ UM ESFORÇO DE PRESSÃO SOBRE O COMPONENTE, EMPURRANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO E NA DIREÇÃO PERPENDICULAR AO DO VENTO Fonte: Prof. Watanabe VENTO COM SUCÇÃO INTERNA PRODUZ UM ESFORÇO DE SUCÇÃO SOBRE O COMPONENTE, PUXANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO E NA DIREÇÃO PERPENDICULAR AO DO VENTO Fonte: Prof. Watanabe AÇÃO COMBINADA DO VENTO A BARLAVENTO COM O VENTO A SOTA-VENTO PRODUZ UM ESFORÇO DE PRESSÃO SOBRE O COMPONENTE À BARLAVENTO, EMPURRANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO E TAMBÉM PRODUZ UM ESFORÇO DE SUCÇÃO SOBRE O COMPONENTE À SOTA-VENTO, PUXANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO Fonte: Prof. Watanabe De acordo com a norma brasileira NBR-6123 - Forças Devido ao Ventos em Edificações - a pressão exercida pelo vendo sobre as partes das edificações deve ser calculada com a fórmula: q = 0,613 Vk 2 ONDE: q = Pressão Dinâmica em N/m2 VK = Velocidade Caracterísitca em m/s A Velocidade Característica depende de uma série de fatores como a região do Brasil, a topografia (planos, vales, montanhas), a densidade de ocupação (muitos prédios) e características construtivas do edifício. Vk = V0 X S1 X S2 X S3 ONDE: VK = Velocidade Caracterísitca em m/s. V0 = Velocidade Básica da Região; S1 = Fator Topográfico; S2 = Fator Rugosidade; S3 = Fator Probabilístico. De acordo com a NBR-6123, o Fator Topográfico, S1, é determinado em função do relevo do terreno. Para quem está acostumado a pensar em km/h, isto é, em quilômetros por hora, uma velocidade básica V0 = 30 m/s equivale a uma velocidade básica V0 = 108 km/h. Quadro 3 - Classes de relevo do terreno S1 TIPO DE RELEVO DO TERRENO 1,0 Terreno Plano ou fracamente acidentado VARIÁVEL Taludes e Morros 0,9 Vales Profundos e protegidos de ventos de qualquer direção. Para mais detalhes sobre a determinação do Fator Topográfico, ver o item 5.2 da norma NBR-6123. A norma recomenda que casos de combinação de vales e montanhas com dificuldades de se estabelecer a direção predominante dos ventos que seja feita ensaio em Túnel de Vento. Categorias de Rugosidade do terreno – S2 Quadro 5 CATEGORIA TIPO DE SUPERFÍCIE DO TERRENO I Superfícies Lisas de grandes dimensões, com mais de 5 km de extensão, medida na direção e sentido do vento incidente. I I Terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível, com poucos obstáculos isolados, tais como árvores e edificações baixas. Obstáculos com altura média abaixo de 1,0 metros. I I I Terrenos planos ou ondulados com obstáculos, tais como arbustos e muros, poucos quebra-ventos. Obstáculos com altura média de 3,0 metros. IV Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco espaçados, em zona florestal, industrial o urbanizada. Altura média dos obstáculos de 10 metros. V Terrenos cobertos por obstáculos numerosos, grandes, altos e pouco espaçados. Obstáculos com altura média de 25 metros ou mais. Quadro 8 - De acordo com a NBR-6123, o Fator Estatístico S3 é baseado em conceitos estatísticos, e considera o grau de segurança requerido e a vida útil da edificação. GRUPO DESCRIÇÃO FATOR 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 QUADRO 6: Classes de Edifícios em função de suas dimensões. CLASSE DIMENSÕES DO EDIFÍCIO 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 seja inferior a 20 metros. B Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal esteja entre 20 e 50 metros. C Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal exceda50 metros. Exemplo Numérico: Galpão Idustrial medindo 20X50 metros e 14 metros de altura em terreno plano, baixa vegetação, no município de Belo Horizonte: 1 - Determinação da Velocidade Básica V0: Consultando as Isopletas vemos que a cidade de Belo Horizonte está localizada ente as isopletas 30 e 32. Interpolando, temos V0 = 32 m/s. 2 - Determinação do Fator Topográfico S1: Consultando a tabela para terrenos planos, temos S1 = 1,0 Exemplo Numérico: 3 - Determinação do Fator Rugosidade S2: Consultando a tabela do Quadro 5, para terrenos planos com vegetação baixa, temos a Categoria III. Consultando a tabela do Quadro 6 temos a Classe B. Entranto com Catergoria III e Classe B na tabela do Quadro 7, e altura do galpão de 14 metros, temos S2 = 0,96 4 - Determinação do Fator S3: Consultando a tabela do Quadro 8, edifício industrial, temos S3 = 0,95. 5 - Cálculo da Velocidade Característica VK: VK = V0 x S1 x S2 x S3 VK = 32 x 1,0 x 0,96 x 0,95 VK = 29,184 metros por segundo. Exemplo Numérico: 6 - Finalmente, o cálculo da carga atuante ou Pressão Dinâmica q: q = 0,613 VK 2 q = 0,613 X 29,1842 q = 522 N/m2 ou para quem é antigo: q = 53 kgf/m2 Tabela antiga dos valores mínimos das cargas acidentais, produzidas pelo vento, que devem ser considerados no cálculo das estruturas de edifícios estão fixadas na Norma Brasileira NBR-6120 - (antiga NB-5) - Cargas para o Cálculo de Estruturasde Edifícios. Atualmente a carga do vento deve ser considerada pelos critérios da NBR 6123/88 Fonte: Prof. Watanabe O VENTO PARALELO produz um esforço de sucção vertical puxando o telhado para cima, como se tentasse arrancar o telhado e as telhas: Fonte: Prof. Watanabe Durante um vendaval, podemos identificar os seguintes esforços que estão atuando no telhado: 1 - Ação do Vento que tende a levantar o telhado e as telhas para cima. O valor acima de 30 kgf/m2 foi determinado para um telhado baixo com baixa inclinação e situado a mais de 6 metros de altura do chão; 2 - O peso próprio das telhas é um esforço que age para baixo; 3 - O peso próprio da estrutura que sustenta as telhas é outro esforço que age para baixo. Fonte: Prof. Watanabe Telha cerâmica (colonial ou francesa) Telha de fibro- cimento de 8 mm Telha de chapa de aço zincada Telha de fibro- cimento de 6 mm Telha de alumínio Peso próprio das telhas [kgf/m2] 120 23 25 16 15 O peso próprio das telhas depende do tipo de telha utilizada: NOTAS: 1 - O peso das telhas cerâmicas devem ser consideradas quando molhadas; 2 - As telhas onduladas de fibro-cimento de 8 milímetros estão com sobreposição de 20 centíimetros. 3 - As telhas onduladas de fibro-cimento de 6 milímetros estão com sobreposição de 14 centíimetros; 4 - As telhas cerâmicas são mais pesadas do que o esforço do vento. Então, este tipo de telha não precisa ser "amarrada" na estrutura de sustentação; 5 - As demais telhas pesam menos do que o esforço de arrancamento do vento. Por causa disso, estas telhas precisam ficar "amarradas" ou presas na estrutura de sustentação; Fonte: Prof. Watanabe O peso próprio da estrutura de sustentação depende do tipo de material empregado: Madeira de lei Aço Alumínio Peso próprio médio da estrutura Kgf/m2 40 25 15 NOTAS: 1 - O peso de uma estrutura de sustenção depende muito do tipo da estrutura, podendo ser com tesouras, arco atirantado, arco sem tirantes, shed, etc. Cada um desses tipos vai resultar em um peso diferente. Então os dados acima são meramente ilustrativos, isto é, servem para se ter uma idéia.. 2 - Os dados acima não podem ser utilizados para o cálculo ou dimensionamento de estruturas de telhados. 3 - Um telhado com estrutura de sustentação de alumínio coberta com telhas de alumínio vai pesar em torno de 30 kgf/m2 que é exatamente igual ao esforço da ação do vento. Neste caso, além das telhas terem que ficar firmemente presas à estrutura de sustentação, a própria estrutura de sustentação vai ter que ficar firmemente presa à estrutura de apoio (pilares ou paredes). 4 - Nos casos em que a estrutura de sustentação não está presa na estrutura de apoio é muito comum, durante um vendaval, o vento carregar o telhado inteiro. Trajetória do vento em centros urbanos Ventilação Cruzada - Plantas Abertas Outro fator muito importante é o estudo do vão da janela e dos condicionantes que podem potencializar ou atenuar a ação danosa dos ventos. Fonte: Prof. Watanabe Problema! Solução Inserção de frisos e obstáculos ao vento ascendente , ex: jardineiras. IPT – USP - Equipamento faz simulação do desempenho aerodinâmico de edificações sob condições atmosféricas adversas Algumas tecnologias empregadas na construção de arranha-céus e grandes estruturas Petronas tower – Malásia Passarela entre os edifícios do hospital Albert Einstein – Morumbi - SP https://www.youtube.com/watch?v=mfQk6ac4res Vídeos exibidos em sala de aula https://www.youtube.com/watch?v=mOsazjJkqCc https://www.youtube.com/watch?v=pJdkKFNLYOE https://www.youtube.com/watch?v=cAE5L07Yil4