NBR 6123:1988 Forças devidas ao vento em edificações: considerações gerais

A ABNT NBR 6123:1988 é a norma que abrange as considerações sobre as forças devidas ao vento em edificações no Brasil. Mesmo com o avanço tecnológico, o efeito do vento nas edificações ainda é um dos maiores desafios da engenharia de estruturas. Isso principalmente por se tratar de fenômeno da natureza, configurando uma complexidade quanto à consideração desse efeito na interação com as estruturas. O vento é uma massa de ar em movimento em relação à superfície da terra, a qual pode ser composta por diferentes fenômenos de diferentes características.

Os estudos relacionados aos efeitos de ventos nas edificações passaram a ser mais abordados a partir de que o processo de globalização demandou a verticalização das cidades. Nesse período começaram a surgir os edifícios altos, conhecidos como “arranha-céus”, os quais despertaram a preocupação dos engenheiros e estudiosos quanto ao efeito que o vento poderia causar nesse tipo de edificação.

No âmbito de estabilidade global das estruturas o vento é definido como um esforço horizontal incidindo na estrutura. Os efeitos de vento nas estruturas são extremamente importantes para a ponderação dos efeitos de segunda ordem, visto que estes são obtidos através de cálculos que consideram a estrutura deformada.

Para entender como as estruturas se comportam em relação às forças de vento nelas exercidas e quais são as especificações normativas e legais para consideração desse esforço nos projetos estruturais leia este artigo até o final.

Vento em edificações e projetos estruturais

Como já vimos anteriormente, as edificações estão sujeitas aos esforços horizontais exercidos pela ação do vento. Quanto mais altas e esbeltas, mais as edificações tendem a sofrer com essas ações. O vento age na estrutura de forma a gerar momentos fletores, que consequentemente causam o deslocamento lateral da mesma. A problemática das ações do vento nas estruturas, gira em torno desse deslocamento, o qual é responsável por provocar os momentos de segunda ordem na estrutura:

Basicamente, a consideração ou não dos momentos de segunda ordem depende da instabilidade da estrutura, ou seja, o quão deslocável ela é. A ABNT NBR 6118:2014 – Projeto de estruturas de concreto — Procedimento – expõe todas as especificações quanto a esse assunto que é de grande importância em projetos estruturais de edificações de múltiplos pavimentos.

No entanto, neste artigo abordaremos apenas as especificações de como as estruturas interagem com as forças devidas ao vento. Para isso, nos próximos itens serão tratadas as condições exigíveis relativas ao vento em edificações, que são impostos pela ABNT NBR 6123:1988 – Forças devidas ao vento em edificações.

Velocidade básica do vento – NBR 6123

Para se analisar uma estrutura em relação a ação do vento, um engenheiro deve levar em consideração diversos fatores, como por exemplo, velocidade máxima do vento, intensidade, turbulência gerada, dentre outros. Por outro lado, a norma ABNT NBR 6123:1988 considera que a velocidade básica do vento (V₀) é a velocidade de uma rajada de vento com duração de 3 segundos, excedida em média uma vez em 50 anos a uma altura de 10 metros acima do terreno, isso em campo aberto e plano.

O mapa de isopletas do Brasil apresentado pela norma pode ser utilizado como base para projetos e dimensionamentos de engenharia. No mapa são expressas as velocidades básicas do vento nas diferentes regiões do Brasil. A velocidade média (V₀)no mapa é apresentada em metros por segundo (m/s).

Na figura abaixo está a representação do Mapa – Isopletas da velocidade média:

A norma admite ainda que o vento básico pode soprar em qualquer direção horizontal.

Velocidade característica do vento – NBR 6123

A norma define a velocidade característica do vento (V_k) como sendo determinada através da multiplicação da velocidade básica do vento (V₀) por um fator topográfico (S₁), pela rugosidade do terreno (S₂) e por um fator estatístico (S₃):

V_k = V₀.S₁.S₂.S₃

Fator Topográfico – S₁

Esse fator leva em consideração as variações do relevo do terreno. Esse fator é determinado da seguinte forma:

Em terrenos planos ou levemente acidentados o fator S₁ = 1,0. Enquanto isso, em taludes e morros deve ser interpretada a seguinte figura:

No ponto A e C dos taludes, e no ponto A de morros o fator S₁ = 1,0. No ponto B o fator topográfico S₁ é em função de S₁(z):

Z = altura medida a partir da superfície do terreno no ponto considerado;

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

θ = inclinação média do talude ou morro.

Para vales profundos, protegidos de ventos de qualquer direção, o fator topográfico S₁ = 0,9.

Fator de rugosidade do terreno – S2

O fator S2 considera a combinação dos efeitos de rugosidade do terreno com a variação da velocidade do vento de acordo com a altura acima do terreno (z), e das dimensões da edificação ou de parte da edificação:

 A ABNT NBR 6123:1988 classifica a rugosidade do terreno em cinco categorias:

Quanto a classe de dimensões das edificações, a norma apresenta três classes:

Posteriormente, a determinação da classe e da categoria em que se enquadra, são obtidos os parâmetros meteorológicos:

Quando não especificado, o fator de rajada F_r é sempre igual a 1,0.

Fator estatístico – S₃

Esse fator é fundamentado em conceitos estatísticos, além disso, ele leva em consideração o grau de segurança requerido e a vida útil da edificação. Resumindo, esse fator tem como princípio a probabilidade de que a velocidade básica do vento (V₀) seja igualada ou excedida no período de 50 anos é de 63%. Portanto, na ausência de uma norma especifica sobre segurança nas edificações, os valores mínimos do fator são os especificados na seguinte tabela:

Força de Arrasto – NBR 6123

Por fim, a resultante de componente global na direção do vento que é utilizada nos dimensionamentos estruturais é a força de arrasto (F_a). Essa componente é dada pela seguinte equação:

F_a = C_a.q.A_e

A_e = área frontal efetiva, ou seja, área da projeção ortogonal da edificação, estrutura ou elemento estrutural sobre um plano perpendicular à direção do vento.

Pressão dinâmica (q)

q = 0,613.V_k²

A pressão dinâmica é expressa em N/m² com a velocidade característica do vento (V_k) em m/s.

Coeficiente de arrasto (C_a)

A ABNT NBR 6123:1988 especifica o método de determinação do coeficiente de arrasto que são aplicáveis a corpos de seção constante ou fracamente variável. O coeficiente pode ser obtido em função das relações das dimensões da edificação (h/I1 e I1/I2). 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:

O gráfico de alta turbulência deve ser utilizado 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:

• 500 m, para uma edificação de até 40 m de altura;
• 1000 m, para uma edificação de até 55 m de altura;
• 2000 m, para uma edificação de até 70m de altura;
• 3000 m, para uma edificação de até 80 m de altura.

Finalizando

Neste artigo vimos como ocorre a interação dos efeitos gerados pelas ações provenientes do vento com as estruturas, além disso, apresentamos todas as especificações básicas recomendadas para projetos de dimensionamento estrutural segundo a ABNT NBR 6123:1988. Caso se interesse pelo assunto, acesse meu canal onde compartilho conteúdos frequentes acerca da engenharia de estruturas, clicando aqui!

Espero ter contribuído para o avanço do seu conhecimento. Deixe nos comentários sua opinião sobre a importância de se considerar os esforços de vento em edificações.

Até a próxima!