Esforço de Vento No Concreto Armado [Aplicação Prática]

Neste artigo entenderemos as ações horizontais causadas devido ao esforço de vento e que devem ser consideradas no dimensionamento de estruturas de Concreto Armado.

Como funciona o vento?

A ABNT NBR 6123:1988 estabelece as considerações sobre as forças devidas ao vento em edificações no Brasil, apresenta também os esforços provenientes da ação do vento sobre uma edificação devem ser estipulados separadamente para elementos de vedação e suas fixações, para as partes da estrutura e para estrutura como um todo.

Em suma, a NBR 6123:1988, auxilia a determinar a pressão dinâmica do vento que deve ser considerada em projetos é determinada através da velocidade básica do vento, que é a velocidade de uma rajada de 3 segundos, excedida em média uma vez em 50 anos, a 10 metros acima do terreno em campo aberto e plano.

Para determinar a velocidade básica do vento, utiliza-se o mostra o Mapa de isopletas, que informa as velocidades básicas para cada região do território brasileiro.

Velocidade Característica do Vento

Como transformar a velocidade básica vista anteriormente em uma velocidade característica para a realidade de projetos?

Para essa transformação é necessário que se considere alguns fatores para adaptação da velocidade básica:

Fator S1

O fator topográfico S1, leva em consideração as variações do relevo do terreno e é determinado do seguinte modo:

a) terreno plano ou fracamente acidentado: S1= 1,0;

b) taludes e morros:

• taludes e morros alongados nos quais pode ser admitido um fluxo de ar bidimensional soprando no sentido indicado na figura acima;
• no ponto A (morros) e nos pontos A e C (taludes): S1 = 1,0;
• no ponto B: [S1 é uma função S1(z)]:
  •  

*Interpolar linearmente para 3°≤θ ≤ 6° ou 17≤ θ° ≤ 45°

Onde:
z = altura medida a partir da superfície do terreno no ponto considerado;

d = diferença de nível entre a base e o topo do talude ou morro;

θ = inclinação média do talude ou encosta do morro.

Nota: Entre A e B e entre B e C, o fator S1 é obtido por interpolação linear.

c) vales profundos, protegidos de ventos de qualquer direção: S1 = 0,9.

Fator S2

O fator S2 considera o efeito combinado da rugosidade do terreno, da variação da velocidade do vento com a altura acima do terreno e das dimensões da edificação ou parte da edificação em consideração.

Obtem-se os valores de b, Fr e p de acordo com a categoria (em relação ao relevo) e a classe (em relação ao tamanho da edificação) da edificação:

Todavia, o fator de rajada Fr é sempre o correspondente à categoria II.

Assim, determinadas a categoria e a classe da edificação utilizamos a seguinte tabela para os valores de b e p.

Fator S3

Por fim, o fator S3 baseia-se em conceitos estatísticos, e considera o grau de segurança requerido e a vida útil da edificação:

Coeficiente de Arrasto

Após calcularmos a velocidade característica do vento, podemos obter a pressão dinâmica (q) para assim determinarmos a força aplicada na edificação (Fa):

Onde:

q = 0,613.Vk² (é a pressão dinâmica em N/m2 com Vk em m/s;

Ca = coeficiente de arrasto;

Ae = Área frontal efetiva.

Assim, o coeficiente de arrasto leva em consideração o quanto a aerodinâmica da edificação está sendo favorável. Em suma, a determinação desse coeficiente depende se a edificação se classifica como baixa ou alta turbulência.

A NBR 6123:1988 determina que para vento incidindo perpendicularmente a cada uma das fachadas de uma edificação retangular em planta e assente no terreno, deve ser usado o gráfico de baixa turbulência.

Por fim, deve-se utilizar o gráfico de alta turbulência quando a altura da edificação não excede duas vezes a altura média das edificações nas vizinhanças, estendendo-se estas, na direção e no sentido do vento incidente, a uma distância mínima de:

Apresenta-se os coeficientes de arrasto, em função das relações h/l1 e l1/l2.

Passo 01 – Como Considerar o Esforço de Vento

Considerações:

• Carga parabólica ao longo de toda a “face” da edificação;
• Forças equivalentes nos nós da edificação (F0, F1, F2, F3 e F4);
• Para cada força existe uma parcela de carga atuante (área de influência);
• Edifício (5 m x 5 m).

Passo 02 – Velocidade Característica

Considerando que a nossa edificação esteja em Rio do Sul/SC e analisando o mapa de isopletas da norma, temos que a velocidade básica (V0) está entre 40 e 45 m/s, então adotaremos : V0 = 42,5 m/s.

Ainda assim, precisamos definir os fatores para velocidade característica (S1, S2 e S3):

S1 = 1

Categoria III (terreno plano ou ondulado com obstáculos) e Classe A (Maior dimensão horizontal ou vertical < 20 m), então:

Deve-se calcular o fator S2 para cada umas das forças, alterando sempre a altura (z).

Primeiramente, iremos calcular como exemplo para força F1, que está a uma altura de 2,8 m do chão:

O fator S3 é igual a 1,0 (edificações para hotéis e residências. Edificações para comércio e indústria com alto fator de ocupação):

Com isso, o próximo passo é calcular a velocidade característica:

Vk = S1. S2. S3. V0 = 1,0*0,83*1*42,5
Vk = 35,275 m/s

Passo 03 – Pressão de Obstrução

Calculando a pressão de obstrução:

q = 0,613.Vk²= 0,613*35,275²
q = 762,77 N/m2 = 76,28 Kgf/m²

Lembrando que essa é a pressão de obstrução pra F1 a 2,8 m da superfície.

A pressão de obstrução para as demais posições da força será diferente devido a variação do fator S2 em relação a altura.

Passo 04 – Força de Arrasto

Olhar no gráfico de baixa turbulência:

Ca adotado = 1,25

Calculando a área de obstrução (Ae):

Ae = 5*2,8 = 14m² (Edificação com 5m de largura e pé-direito de 2,8m)

Então:
Fa1 = Ca*q*Ae

Fa1 = 1,25*76,28*14 = 1334,9kgf

Devemos considerar essa carga como distribuída lateralmente no prédio, então:

Fa1 (por metro) = 1334,9/5 = 266,98 kgf/m

Passo 05 – Utilização da Planilha de Vento

Deve-se repetir os passos anteriores para cada pavimento da edificação. Utilizaremos uma planilha de Excel para facilitar.

[Clique aqui para fazer o download da planilha de vento]

Passo 06 – Aplicação das Cargas no Modelo

Por fim, com as cargas por pavimento calculadas, podemos aplicar as cargas de vento no software de análise estrutural de preferencial. No nosso caso, realizamos a inserção dos carregamentos de vento no projeto do SAP 2000. Como inserir essas cargas e a tratativa desses dados, não é o objetivo desse artigo.

A partir daqui, conseguimos analisar as deformações para o vento em cada nó, bem como realizar a tratativa dos dados e obter resultados como o importante Gama Z, que nos auxilia a avaliar a estabilidade global da estrutura.