AÇÃO DO VENTO NAS EDIFICAÇÕES

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AÇÃO DO VENTO NAS EDIFICAÇÕES
NBR 6123/1988 : Forças devidas ao vento em edificações
O vento não é um problema em construções baixas e pesadas com paredes grossas, porém em estruturas esbeltas passa a ser uma das ações mais importantes a determinar no projeto de estruturas.
A maioria dos acidentes ocorre em construções leves, principalmente de grandes vãos livres, tais como hangares, pavilhões de feiras e de exposições, pavilhões industriais, coberturas de estádios, ginásios cobertos.
INTRODUÇÃO
As principais causas dos acidentes devidos ao vento são:
a) falta de ancoragem de terças;
b) contraventamento insuficiente de estruturas de cobertura;
c) fundações inadequadas;
d) paredes inadequadas;
e) deformabilidade excessiva da edificação.
As principais causas dos acidentes devidos ao vento são:
Quando o vento sopra sobre uma superfície provoca uma sobrepressão (sinal positivo), podendo provocar uma sucção (sinal negativo) sobre outra superfície.
O vento sempre atua perpendicularmente a superfície que impede sua passagem.
Considera-se que o vento pode atuar em qualquer direção e no sentido horizontal.
Conceito: O vento é o AR EM MOVIMENTO produzido por diferenças de temperatura de massas de ar na atmosfera.
Direção, sentido e velocidade do vento
Os cálculos da pressão devida ao vento são determinados a partir de velocidades básicas obtidas experimentalmente em torres de medição de ventos a 10 metros de altura, em campo aberto e plano.
A velocidade básica do vento v0 é uma rajada de três segundos de duração que pode ser ultrapassada, com uma probabilidade de 63%, uma vez a cada 50 anos.
Velocidade mínima básica a considerar é 30 m/s
FORÇAS APLICADAS PELAS AÇÕES DO VENTO nas EDIFICAÇÕES
m/s=3,6 km/h
30 m/s = 108 km/h
Grau
Designação
m/s
km/h
Aspecto do mar
Efeitos em terra
0
Calmo
<0,3
<1
Espelhado
Fumaça sobe na vertical
1
Aragem
0,3 a 1,5
1 a 5
Pequenas rugas na superfície do mar
Fumaça indica direcção do vento
2
Brisa leve
1,6 a 3,3
6 a 11
Ligeira ondulação sem rebentação
As folhas das árvores movem; os moinhos começam a trabalhar
3
Brisa fraca
3,4 a 5,4
12 a 19
Ondulação até 60 cm, com algunscarneiros
As folhas agitam-se e as bandeiras desfraldam ao vento
4
Brisa moderada
5,5 a 7,9
20 a 28
Ondulação até 1 m, carneiros frequentes
Poeira e pequenos papéis levantados; movem-se os galhos das árvores
5
Brisa forte
8 a 10,7
29 a 38
Ondulação até 2.5 m, com cristas e muitos carneiros
Movimentação de grandes galhos e árvores pequenas
6
Vento fresco
10,8 a 13,8
39 a 49
Ondas grandes até 3.5 m; borrifos
Movem-se os ramos das árvores; dificuldade em manter um guarda chuva aberto; assobio em fios de postes
7
Vento forte
13,9 a 17,1
50 a 61
Mar revolto até 4.5 m com espuma e borrifos
Movem-se as árvores grandes; dificuldade em andar contra o vento
8
Ventania
17,2 a 20,7
62 a 74
Mar revolto até 5 m com rebentação e faixas de espuma
Quebram-se galhos de árvores; dificuldade em andar contra o vento; barcos permanecem nos portos
9
Ventania forte
20,8 a 24,4
75 a 88
Mar revolto até 7 m; visibilidade precária
Danos em árvores e pequenas construções; impossível andar contra o vento
10
Tempestade
24,5 a 28,4
89 a 102
Mar revolto até 9 m; superfície do mar branca
Árvores arrancadas; danos estruturais em construções
11
Tempestade violenta
28,5 a 32,6
103 a 117
Mar revolto até 11 m; pequenos navios sobem nas vagas
Estragos generalizados em construções
12
Furacão
>32,7
>118
Mar todo de espuma, com até 14 m; visibilidade nula
Estragos graves e generalizados em construções
Escala de Beaufort: descreve e classifica a intensidade dos ventos conforme a velocidade e os efeitos resultantes no mar e em terra
Local da edificação (Situação geográfica)
Tipo de terreno (Rugosidade, presença de obstáculos)
Geometria e altura da edificação (Velocidade; aerodinâmica)
Tipo de ocupação (Segurança após tempestades)
=> NECESSIDADE DE CORREÇÃO DE v0
Fatores que influenciam a velocidade do vento 
velocidade característica
A Velocidade característica vk : é a velocidade corrigida para as condições do projeto, considerando-se:
 os fatores topográficos (S1), 
 influência da rugosidade (obstáculos no entorno da edificação) e dimensões da edificação (S2) 
 fator estatístico , que considera a vida útil e o tipo de uso da edificação (S3). 
A velocidade característica pode ser expressa como:
 vk = (S1 S2 S3 ) . vo
Fator Topográfico S1
 Perfis de velocidade média do vento (km/h) de acordo com a rugosidade do terreno sugerida por Davenport (variação exponencial)
Exemplo: Para z=d , obter S1 para os seguintes ângulos de taludes 
 f=3° => S1=1,0 
f=6° => S1=1,079 
f=17° => S1=1,374 
f=45° => S1=1,465
Obs.: z>=2,5 d => S1=1,0
Em caso de terrenos de relevo mais complexo recomenda-se ensaios de modelos topográficos em túnel de vento.
Exemplos do livro Jairo
refazer edifício habitacional de 50m p/ terreno em talude de 15°
Fator S2(5 categorias de rugosidade do terreno)
Fator Topográfico S1
Fator S2( 3 classes de dimensões da edificação, cf. as rajadas para envolver toda a estrutura é de 3s, 5s, e 10s)
OBS.: Para dimensões > 80 m as diferenças serão significativas.
Fator Estatístico S3 (nível de probabilidade de 63% de ocorrência e vida útil de 50 anos da estrutura)
Relacionado com a segurança após tempestade destrutiva
Depende do tipo de ocupação
Exemplo (Prof. Jairo, pg.28): 
Determinar a velocidade característica do vento, para um edifício residencial a ser construído na cidade de Americana v0 =45 m/s, em terreno plano .
25 m
25 m
50 m
Teorema de Bernoulli: para um fluido incompressível em regime permanente, a soma das pressões dinâmicas, estáticas e piezométricas é cte.
1
2
Desprezando a pressão piezométrica, e sendo v2 =0, tem-se a pressão de obstrução q:
2 é chamado ponto de estagnação 
PRESSÃO DE OBSTRUÇÃO é parâmetro para outros pontos da edificação
Substituindo-se a massa específica do ar ( r), a pressão dinâmica ou de obstrução do vento, em condições normais de pressão
 (1 atm =101320MPa) e temperatura a 150C, é dada pela expressão:
 q = 0,613 vk2 (N/m2)
ECC 1008 –ESTRUTURAS DE CONCRETO
Prof. Gerson Moacyr Sisniegas Alva
Modelo reduzido de edifício em interior de túnel de vento -UFRGS
Ler artigo http://techne.pini.com.br/engenharia-civil/156/artigo286688-1.aspx
A força devido ao vento depende da diferença de pressão nas faces opostas da parte da edificação em estudo (coeficientes aerodinâmicos). A NBR6123 permite calcular as forças a partir de coeficientes de pressão ou coeficientes de força. 
Os coeficientes de forma têm valores definidos para diferentes tipos de construção na NBR6123, que foram obtidos através de estudos experimentais em túneis de vento. A força devida ao vento através dos coeficientes de forma pode ser expressa por:
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 à atuação do vento.
Determinação das forças estáticas devidas ao vento
Ao incidir sobre uma edificação, o vento, devido a sua natureza, provoca pressões ou sucções. Essas sobrepressões ou sucções são apresentadas em forma de tabelas na NBR6123, assim como em normas estrangeiras, e dependem exclusivamente da forma e da proporção da construção e da localização das aberturas. 
Um exemplo simples seria aquele do vento atingindo perpendicularmente uma placa plana, na qual a face de barlavento, o coeficiente de pressão na zona central chega a +1,0, decrescendo para as bordas, e é constante e igual a 0,5 na face a sotavento.
Assim sendo, esta placa estaria sujeita a uma pressão total, na zona central, de:
 Cp= 1,0 – (-0,5) = 1,5.
a/2
a/2
Parede/telhado/beiral
Índice de permeabilidade é definido pela relação entre aárea das aberturas e a área total desta parte
Toda edificação tem aberturas, e sua localização e tamanho determinam os coeficientes de pressão interna à edificação. 
O coeficiente de pressão interna depende da permeabilidade da edificação.
Elementos impermeáveis: 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 são considerados permeáveis.
A permeabilidade deve-se à presença de aberturas tais como: juntas entre painéis de vedação e entre telhas, frestas em portas e janelas, ventilações em telha e telhados, vão abertos de portas e janelas, chaminés, lanternins, etc.
Coeficientes de pressão interna
de acordo com a NBR6123
Para edificações com paredes internas permeáveis, com:
(a) duas faces opostas igualmente permeáveis; as outras duas impermeáveis:
- Vento perpendicular a uma face permeável Cpi= +0,2
- Vento perpendicular a uma face impermeável Cpi= -0,3
(b) Quatro faces igualmente permeáveis Cpi = -0,3 ou 0, deve-se considerar o valor mais nocivo.
Nenhuma das faces poderá ter índice de permeabilidade maior que 30%, para poder usar as considerações acima expostas.
Coeficiente de pressão interna vento a 90°
Permeabilidade aproximadamente igual em todas as faces
Todas as portas e caixilhos fechados 
ou abertos
Exemplos (Prof. Pitta, pg.37)
Abertura da janela: 2,6x1,3=3,38m2
Frestas 5mm entre folhas , total de 0,09 m2
Frestas 4cm no contorno do portão, total 0,84 m2
Portão de abrir 4x4=16m2
 
Abertura dominante na face de barlavento
Todas as janelas de barlavento abertas Ad=6x3,38=20,28 m2
Frestas dos caixilhos adotados todos fechados As1=6x0,09=0,54 m2
Frestas dos portões frontal e posterior, adotados fechados As2=2x0,84=1,68 m2
Frestas entre calhas, rufos, telhas dos oitões e platibanda(fazer figura) As3=1,77 m2
Outras HIPÓTESES mais prováveis?
Duas janelas de sotavento abertas
Uma folha do portão aberta
Duas janelas de barlavento fechadas e uma de sotavento aberta
Abertura dominante na face paralela ao vento
Todos os portões abertos e vários caixilhos fechados, com os portões fora da zona de alto valor de Cpe
Valor improvável devido às arestas
Abertura dominante na face de sotavento
Todos os portões e caixilhos de barlavento fechados e os de sotavento abertos.
Coeficiente de pressão interna vento a 0°
Permeabilidade aproximadamente igual em todas as faces
Todas as portas e caixilhos fechados 
ou abertos
Referências
AÇÕES DO VENTO EM EDIFICAÇÕES
Zacarias Chamberlain
AÇÕES HORIZONTAIS EM EDIFÍCIOS
Gerson Moacyr Sisniegas Alva
SÁLES, J. J et al. Ação do vento nas edificações: teoria e exemplos, 2ª. ed., São Carlos: Escola de Engenharia de São Carlos, 2011. 138p
PITTA, João Alfredo Azzi Ações devidas ao vento em edificações São Carlos: EdUFSCar. 2001. 47p ISBN: 85-85173-65-3 
http://www.abcem.org.br/construmetal/downloads/contribuicao-tecnocientifica/Apresenta%C3%A7%C3%A3o_22_Construmetal2014_Chamberlaine%20e%20Cappellesso.pdf
http://www.ibracon.org.br/eventos/53cbc/pdfs/otim_projestrconcreto.pdf
Força de arrasto: componente da força global na direção do vento 
(de interesse para o projeto estrutural de edifícios de múltiplos andares)
Coeficiente de arrasto
Edificações com planta retangular
Vento não turbulento
(baixa turbulência)
OBS.: consequência principal diminuição da sucção na parede de sotavento.
Ver ábaco para obter o coeficiente de arrasto reduzido. 
Devem ser considerados, quando for o caso, o efeito da excentricidade da força de arrasto, o que irá introduzir um momento torçor, exigindo-se um cálculo tridimensional da estrutura.
Alio E. Kimura