Aula 2_Ações dos Ventos

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FORÇA DOS VENTOS EM ESTRUTURAS METÁLICAS
Prof. Aroldo Menezes
Seja bem vindo, aluno! Essa é a unidade I da disciplina de Sistemas Estruturais II. Nela daremos sequencia falando sobre a força dos ventos nas estruturas metálicas.
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1) Ação dos ventos nas estruturas
O vento exerce pressões e sucções nos edifícios, de forma variada, contínua, intermitente ou repentina causando efeitos indesejáveis, danos materiais e, às vezes, vítimas fatais.
Grande parte de desastres com coberturas e telhados de casas, sobrados e fábricas ocorrem por falta de cuidados importantes no cálculo dos componentes estruturais de sustentação do telhado.
O vento é produzido por diferenças de temperatura de massas de ar na atmosfera, o caso mais fácil de identificar é quando uma frente fria chega na área e choca-se com o ar quente produzindo vento, esse tipo de fenômeno pode ser observado antes do início de uma chuva. 
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2) NBR 6123
A norma brasileira NBR-6123 - Forças devidas ao vento em edificações - estabelece todas as condições que devem ser consideradas para o correto dimensionamento das estruturas de um edifício. Considerando uma série de fatores como a região do Brasil que mais venta, se o terreno no entorno do prédio é plano ou acidentado e a própria forma do edifício.
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2) NBR 6123 - Velocidade dos ventos 
A NBR 6123 determina que a velocidade básica do vento, a título de cálculo, é a velocidade de uma rajada de 3s, excedida em média uma vez em 50 anos, a 10 m acima do terreno, em campo aberto e plano.
Como regra geral, é admitido que o vento básico pode soprar de qualquer direção horizontal.
A imagem em tela, extraída da NBR 6123, apresenta o gráfico das isopletas da velocidade básica no Brasil, com intervalos de 5 m/s. Essas velocidades foram processadas estatisticamente, com base nos valores de velocidades máximas anuais medidas em cerca de 49 cidades brasileiras. A NBR6123 desprezou velocidades inferiores a 30 m/s.
Como exemplo, podemos temos a média das velocidades em alguns estados do Brasil. 
Vejamos:
Ceará: 30 m/s
São Paulo: 40 m/s
Rio Grande do Sul: 45 m/s.
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2) NBR 6123 – Determinação da pressão dinâmica
A Velocidade característica Vk é a velocidade usada em projeto. Para determinar essa velocidade precisamos conhecer a velocidade média dos ventos na região, e os fatores topográficos (S1), influência da rugosidade(obstáculos no entorno da edificação) e dimensões da edificação (S2), e o fator de uso da edificação que considera a vida útil e o tipo de uso (S3).
Ao conhecermos o valor de Vk, podemos determinar a pressão dinâmica que esse vento ocasiona na edificação, que servirá como base para o cálculo da força.
Assim temos, que a pressão dinâmica é dada pela multiplicação de Vk ao quadrado pela constante 0,613, que nos dará um valor de pressão cuja unidade de medida é N/m².
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2) NBR 6123 – FATOR TOPOGRÁFICO (S1)
De acordo com a NBR 6123, os valor do fator S1 pode tomar os seguintes valores:
Terreno plano ou quase plano : S1 = 1,0
Taludes e morros, onde o valor é determinado pela angulação do terreno.
c) Vales protegidos : S1 = 0,9
Nos nossos exemplos tomaremos como padrão, as edificações construídas em terrenos planos, cujo o fator topográfico será igual a 1.
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2) NBR 6123 – FATOR COMBINADO (S2)
O fator S2 é determinado definindo uma categoria (que representa a rugosidade do terreno) e uma classe, definida de acordo com as dimensões da edificação. 
As categorias são definidas, de acordo com a NBR6123, na Tab. 3.2 e 3.3 , cujo o objetivo é determinar os parâmetros do fator de rajada (Fr), parâmetro da classe da edificação (b) e o fator meteorológico (p), que são componentes da fórmula para determinação do fator S2.
A tabela 3.2 [ANIMAÇÃO], contém 5 categorias, que deve ser escolhida com base na característica do terreno da edificação.
A tabela 3.3 [ANIMAÇÃO], contém 3 classes, onde deve ser adotada aquela que atende a dimensão longitudinal da edificação.
A tabela 3.4 [ANIMAÇÃO] é a interseção das informações das tabelas anteriores, onde temos a caracterísitica do terreno na 1ª coluna, e a classe do terreno nas 3 últimas colunas.
O objetivo é encontrar os parâmetros b, Fr e p. Onde o valores de Fr serão sempre o mesmo, independente da categoria do terreno.
Outro a ponto a ser observado é a componente z, da fórmula, ela deverá ser utilizada em duas situações para determinação do fator combinado (s2):
A primeira é a altura da parede até a base do telhado.
E a segunda, é a cota média de obstáculo prevista na característica do terreno prevista na tabela 3.2.
Com isso, deveremos sempre calcular o fator S2 considerando essas duas condições.
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2) NBR 6123 – FATOR ESTATÍSTICO (S3)
O fator estatístico S3 é definido dependendo do uso da edificação, e normalmente especificando a vida útil da mesma para 50 anos. Os valores mínimos que podem ser adotados estão definidos na Tab. 3.5 da NBR 6123.
COMO EXEMPLO TEMOS: LER ALGUNS GRUPOS.
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3) NBR 6123 – Determinação das forças estáticas devidas ao vento
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 pela fórmula em tela, onde Cpe é coeficiente de pressão externo, o Cpi é o coeficiente de pressão interno, a letra q é a pressão dinâmica e a letra a é a área frontal perpendicular a atuação do vento.
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3.1) coeficientes de pressão externos e internos 
Antes de conhecermos os critérios para definição dos coeficientes de pressão interno e externo pela NBR 6123, algumas terminologias precisam ser definidas para melhor compreensão.
Na imagem em tela observamos o desenho de uma edificação onde sopra o vento em uma de suas faces. Chamamos essa face de barlavento.
Já a região oposta, chamamos de sotavento.
Na face onde ocorre o sopro do vento, ocorre uma sobrepressão, simbolizado pelo sinal positivo, que determina a pressão efetiva acima da pressão atmosférica.
Do lado oposto, temos a sucção, que é a pressão abaixo da pressão atmosférica referenciada pelo sinal negativo.
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3.2) Coeficientes de pressão e forma, externos, para paredes de edificações de planta retangular
Os coeficientes de pressão externo das paredes são calculados em dois ângulos: 0 e 90 graus.
A zero graus, temos os ventos que sopram nas fachadas e por trás da edificação.
A noventa graus nas faces longitudinais.
Os critérios para escolha dos coeficientes, apresentados na tabela 3.6, é feito com relação entre a altura da parede da edificação (representado pela letra h) com a largura da fachada ( representada pela letra b), que uma vez atendendo a um dos três critérios da coluna 1, deve ser feita nova relação envolvendo o comprimento longitudinal da edificação (representada pela letra a) com a largura da fachada (representada por b). 
O alinhamento que atender aos dois critérios citados deve-se tomar os coeficientes externos de zero e noventa graus e disponibilizados em desenho com planta baixa, para melhor visualização, conforme imagem a seguir.
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3.3) Coeficientes de pressão e forma, externos, para telhados com duas águas, simétricos, em edificações de planta retangular
Para determinação dos coeficientes de pressão sobre o telhado, toma-se o mesmo exemplo do critério da tabela 3.6, ou seja, a relação entre a altura da parede da edificação (h) pela largura da edificação (b). O valor encontrado que atender ao critério da coluna referente a altura relativa, deve-se tomar os coeficientes de pressão do alinhamento, considerando o grau de inclinação do telhado. 
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3.4) Coeficientes de pressão interno
Toda edificação tem aberturas, sua localização e tamanho determinam os coeficientes de pressão interna à edificação. A NBR6123, no seuanexo D, apresenta os detalhes necessários para determinação do coeficiente de pressão interna. Se a edificação for totalmente impermeável ao ar, a pressão no interior da mesma será invariável no tempo e independente da velocidade da corrente de ar externa. Portanto o coeficiente de pressão interna depende da permeabilidade da edificação. 
O índice de permeabilidade de uma parte da edificação é definido pela relação entre a área das aberturas e a área total desta parte. São considerados impermeáveis os seguintes elementos construtivos e vedações: lajes e cortinas de concreto armado ou protendido, paredes de alvenaria, de pedra, tijolos, 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.
 A própria NBR6123 apresenta para edificações com paredes internas permeáveis, valores que podem ser adotados para o coeficiente de pressão interna:
Dentre eles: LER itens (a) e (b).
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4) NBR 6123 – FORÇA DOS VENTOS
Após encontrar os coeficientes de pressão interno e externo, a pressão dinâmica e a área (que é determinada pela distâncias entre os pilares), podemos determinar as forças dos ventos, nos mais variados casos dependendo do coeficiente interno da edificação, onde deve ser sempre priorizado os casos, a zero e noventa graus, que ocorrem forças com valores maiores, independente se os números apresentarem sinais negativos, que se trata de uma identificação de sucção naquele ponto.
Chamamos essas forças de casos críticos, pois produzem maiores esforços nas estruturas metálicas.
Com essas informações encontramos as forças que é o que nos interessa, e já poderemos considera-las nos dimensionamentos das vigas e pilares.
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OBRIGADO!!!
E BONS ESTUDOS!
Finalizamos esse capítulo. Em nossa próximo aula realizaremos um exercício aplicando esses conceito
Porém é importante que as Dúvidas e questionamentos devem ser enviadas para os tutores ou para o fórum de dúvidas.
Fique sempre atento aos prazos e períodos de envio de arquivos, porque após a data prevista o ambiente será fechado.
Conhecer as forças dos ventos nos auxiliará na determinação de perfis metálicos, que suportem esses tipos de cargas, tendo em vista a leveza das estruturas metálicas.
Desejo a você um bom estudo e muito sucesso.
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