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ABNT-Associação Brasileira de Normas Técnicas

Palavras-chave: Vento. Edificação66 páginas

Forças devidas ao vento em edificações

NBR 6123JUN 1988

Origem: Projeto NB-599/1987 CB-02 - Comitê Brasileiro de Construção Civil CE-02:003.16 - Comissão de Estudo de Forças Devidas ao Vento em Edificações NBR 6123 - Building construction - Bases for design of structures - Wind loads - Procedure Descriptors: Wind. Edification Incorpora a Errata nº 1 de DEZ 1990 Reimpressão da NB-599 de DEZ 1987

Procedimento

1 Objetivo 2 Convenções literais 3 Definições 4 Procedimento para o cálculo das forças devidas ao vento nas edificações 5Velocidade característica do vento 6Coeficientes aerodinâmicos para edificações correntes 7Coeficientes de forças para barras prismáticas e reticulados 8Coeficientes de forças para muros, placas e coberturas isoladas 9 Efeitos dinâmicos devidos à turbulência atmosférica

ANEXO A - Velocidade normalizada S2 e intervalos de tempo

ANEXO B - Fator estatístico S3 para a probabilidade Pm e vida útil de edificação de m anos ANEXO C - Localização e altitude das estações meteorológicas ANEXO D - Determinação do coeficiente de pressão interna ANEXO E - Coeficientes aerodinâmicos para coberturas curvas ANEXO F - Informações adicionais ANEXO G - Efeitos de vizinhança ANEXO H - Efeitos dinâmicos em edificações esbeltas e flexíveis ANEXO I - Determinação da resposta dinâmica devida à turbulência atmosférica Índice

1 Objetivo

1.1 Esta Norma fixa as condições exigíveis na consideração das forças devidas à ação estática e dinâmica do vento, para efeitos de cálculo de edificações.

1.2 Esta Norma não se aplica a edificações de formas, dimensões ou localização fora do comum, casos estes em que estudos especiais devem ser feitos para determinar as forças atuantes do vento e seus efeitos. Resultados experimentais obtidos em túnel de vento, com simulação das principais características do vento natural, podem ser usados em substituição do recurso aos coeficientes constantes nesta Norma.

2 Convenções literais

Para os efeitos desta Norma são adotadas as convenções literais de 2.1 a 2.3.

2.1 Letras romanas maiúsculas

A-Área de uma superfície plana sobre a qual é calculada a força exercida pelo vento, a partir dos coeficientes de forma Ce e Ci (força perpen- dicular à superfície) e do coeficiente de atrito Cf, (força tangente à superfície)

Área de referência para cálculo dos coeficientes de força

Ae -Área frontal efetiva: área da projeção ortogo- nal da edificação, estrutura ou elemento estrutural sobre um plano perpendicular à direção do vento ("área de sombra"); usada no cálculo do coeficiente de arrasto

2NBR 6123/1988

Ai-Área de influência correspondente à coordenada i

Ao -Área de referência

Ca -Coeficiente de arrasto; Ca = Fa

/qA

Cai-Coeficiente de arrasto correspondente à coordenada i

Ce -Coeficiente de forma externo; Ce = Fe

/qA

Cf-Coeficiente de força; Cf = F/qA

Ci-Coeficiente de forma interno; Ci = Fi/qA

Cx -Coeficiente de força na direção x; Cx = Fx

/qA

Cy-Coeficiente de força na direção y; Cy = Fy/qA

F-Força em uma superfície plana de área A, perpendicular à respectiva superfície

F’ -Força de atrito em uma superfície plana de área A, tangente à respectiva superfície

Fa -Força de arrasto: componente da força devida ao vento na direção do vento

Fe -Força externa à edificação, agindo em uma su- perfície plana de área A, perpendicularmente à respectiva superfície

Fg-Força global do vento: resultante de todas as forças exercidas pelo vento sobre uma edificação ou parte dela

Fi-Força interna à edificação, agindo em uma superfície plana de área A, perpendicularmente à respectiva superfície

Fr -Fator de rajada

Fx -Componente da força do vento na direção x

Fy-Componente da força do vento na direção y

L-Altura h ou largura I1 da superfície frontal de uma edificação, para a determinação do intervalo de tempo t

Dimensão característica (L = 1800 m) utilizada na determinação do coeficiente de amplificação dinâmica

Pm -Probabilidade de uma certa velocidade do vento ser excedida pelo menos uma vez em um período de m anos

Q-Variável estática (força, momento fletor, tensão, etc.) ou geométrica (deformação, deslocamento, giro)

Re-Número de Reynolds

S2-Fator que considera a influência da rugosidade do terreno, das dimensões da edificação ou par- te da edificação em estudo, e de sua altura sobre o terreno

T-Período fundamental da estrutura

Vo -Velocidade básica do vento: velocidade de uma rajada de 3 s, excedida na média uma vez em 50 anos, a 10 m acima do terreno, em campo aberto e plano

Vk-Velocidade característica do vento; Vk = Vo S1 S2 S3

(h)V t- Velocidade média do vento sobre t segundos em uma altura h acima do terreno

(z)V it,-Velocidade média sobre t segundos na altura z acima do terreno, para a categoria i

Xi-Força total devida ao vento na direção da coordenada i iX -Força Xi média

2.2 Letras romanas minúsculas a-Lado maior: a maior dimensão horizontal de uma edificação

Dimensão entre apoios de uma peça estrutural b-Lado menor: a menor dimensão horizontal de uma edificação

Dimensão de uma peça estrutural segundo a direção do vento

Parâmetro meteorológico usado na determinação de S2 c-Dimensão de referência em barras prismáticas de faces planas

Distância da borda de placa ou parede ao ponto de aplicação de F cas -Coeficiente de arrasto superficial cp-Coeficiente de pressão: cP = cpe - cpi cpe-Coeficiente de pressão externa: cpe = q pe/∆ cpi-Coeficiente de pressão interna: cpi = q pi/∆ cα-Largura de uma barra prismática, medida em direção perpendicular à do vento d-Diâmetro de um cilindro circular

Diâmetro do círculo da base de uma cúpula

Diferença de nível entre a base e o topo de morro ou talude

NBR 6123/19883 ea -Excentricidade na direção da dimensão a, em relação ao eixo geométrico vertical da edificação eb-Excentricidade na direção da dimensão b, em relação ao eixo geométrico vertical da edificação f-Flecha de abóbada cilíndrica ou de cúpula

Freqüência natural de vibração h-Altura de uma edificação acima do terreno, medida até o topo da platibanda ou nível do beiral. Altura de muro ou placa

Altura para a determinação da velocidade média (h)Vt

I1-Largura: dimensão horizontal de uma edificação perpendicular à direção do vento

Dimensão de referência na superfície frontal de uma edificação

I2-Profundidade: dimensão de uma edificação na direção do vento m-Vida útil da edificação, em anos mo -Massa discreta de referência mi-Massa discreta correspondente à coordenada i n-Número de graus de liberdade p-Expoente da lei potencial de variação de S2 q-Pressão dinâmica do vento, correspondente à velocidade característica Vk, em condições normais de pressão (1 atm = 1013,2 mbar =

101320 Pa) e de temperatura (15°C):

t-Intervalo de tempo para a determinação da velocidade média do vento xi-Deslocamento correspondente à coordenada i nX→-Modo de vibração z-Cota acima do terreno zo -Comprimento de rugosidade z01-Comprimento de rugosidade do terreno situado a barlavento de uma mudança de rugosidade z02-Comprimento de rugosidade do terreno situado a sotavento de uma mudança de rugosidade zg-Altura gradiente: altura da camada limite atmosférica zi-Altura do elemento i da estrutura sobre o nível do terreno

Altura acima do terreno até a qual o perfil de velocidades médias é definido pela rugosidade do terreno situado a sotavento da linha de mudança de rugosidade, para z01 < Z02 zX-Altura acima do terreno a partir da qual o perfil de velocidades médias é definido pela rugosidade do terreno situado a barlavento da linha de mudança de rugosidade zr -Altura de referência: Zr

= 10 m

2.3 Letras gregas α-Ângulo de incidência do vento, medido entre a direção do vento e o lado maior da edificação β-Ângulo central entre a direção do vento e o raio que passa pelo ponto em consideração na periferia de um cilindro circular

∆p-Pressão efetiva em um ponto na superfície de uma edificação:

∆pe - Pressão efetiva externa: diferença entre a pres- são atmosférica em um ponto na superfície externa da edificação e a pressão atmosférica do vento incidente, a barlaventoda edificação, na corrente de ar não perturbada pela presença de obstáculos

∆pi-Pressão efetiva interna: diferença entre a pressão atmosférica em um ponto na superfície inter- na da edificação e a pressão atmosférica do vento incidente, a barlavento da edificação, na corrente de ar não perturbada pela presença de obstáculos η-Fator de proteção, em reticulados paralelos θ-Ângulo de inclinação de telhados

Ângulo de inclinação da superfície média de taludes e encostas de morros, em fluxo de ar considerado bidimensional ξ-Coeficiente de amplificação mecânica φ-Índice de área exposta: área frontal efetiva de um reticulado dividida pela área frontal da superfície limitada pelo contorno do reticulado ψ-ψ = mi/m o ζ-Razão de amortecimento

3 Definições

Para os efeitos desta Norma são adotadas as definições de 3.1 a 3.9.

3.1 Barlavento Região de onde sopra o vento, em relação à edificação. 3.2 Reticulado Toda estrutura constituída por barras retas. 3.3 Sobrepressão

Pressão efetiva acima da pressão atmosférica de referência (sinal positivo).

4NBR 6123/1988

3.4 Sotavento

Região oposta àquela de onde sopra o vento, em relação à edificação.

3.5 Sucção

Pressão efetiva abaixo da pressão atmosférica de referência (sinal negativo).

3.6 Superfície frontal

Superfície definida pela projeção ortogonal da edificação, estrutura ou elemento estrutural sobre um plano perpendicular à direção do vento (“superfície de sombra”).

3.7 Vento básico

Vento a que corresponde a velocidade básica Vo .

3.8 Vento de alta turbulência Vento que obedece às prescrições de 6.5.3. 3.9 Vento de baixa turbulência Vento que se verifica em todos os demais casos.

4 Procedimento para o cálculo das forças devidas ao vento nas edificações

As forças devidas ao vento sobre uma edificação devem ser calculadas separadamente para:

dros, esquadrias, painéis de vedação, etc.);

a) elementos de vedação e suas fixações (telhas, vib) partes da estrutura (telhados, paredes, etc); c) a estrutura como um todo. 4.1 Vento sobre estruturas parcialmente executadas

A força do vento sobre uma estrutura parcialmente executada depende do método e da seqüência da construção. É razoável admitir que a máxima velocidade carac- terística do vento, Vk, não ocorrerá durante um período pequeno de tempo. Assim sendo, a verificação da segurança em uma estrutura parcialmente executada pode ser feita

4.2 Determinação das forças estáticas devidas ao vento

As forças estáticas devidas ao vento são determinadas do seguinte modo:

a) a velocidade básica do vento, Vo , adequada ao local onde a estrutura será construída, é determinada de acordo com o disposto em 5.1; b) a velocidade básica do vento é multiplicada pelos fatores S1, S2 e S3 para ser obtida a velocidade ca- racterística do vento, Vk, para a parte da edificação em consideração, de acordo com 5.2 a 5.5:

Vk = Vo S1 S2 S3 c) a velocidade característica do vento permite determinar a pressão dinâmica pela expressão:

sendo (unidades SI): q em N/m2 e V k em m/s

4.2.1 Coeficientes de pressão

Como a força do vento depende da diferença de pressão nas faces opostas da parte da edificação em estudo, os coeficientes de pressão são dados para superfícies externas e superfícies internas. Para os fins desta Norma, entende-se por pressão efetiva, ∆p, em um ponto da superfície de uma edificação, o valor definido por:

Onde:

∆pe = pressão efetiva externa

∆pi = pressão efetiva interna Portanto:

∆p = (cpe - cpi) q Onde:

cpe = coeficiente de pressão externa: cpe = ∆pe / q cpi = coeficiente de pressão interna: cpi = ∆pi/ q

Valores positivos dos coeficientes de pressão externa ou interna correspondem a sobrepressões, e valores negativos correspondem a sucções.

Um valor positivo para ∆p indica uma pressão efetiva com o sentido de uma sobrepressão externa, e um valor negativo para ∆p indica uma pressão efetiva com o sentido de uma sucção externa.

4.2.2 Coeficientes de forma

A força do vento sobre um elemento plano de edificação de área A atua em direção perpendicular a ele, sendo dada por:

F = Fe - Fi Onde:

Fe = força externa à edificação, agindo na superfície plana de área A

Fi = força interna à edificação, agindo na superfície plana de área A

Portanto:

F = (Ce - Ci) q A Onde:

Ce = coeficiente de forma externo: Ce = Fe /q A

Ci = coeficiente de forma interno: Ci = Fi/q A

Valores positivos dos coeficientes de forma externo e interno correspondem a sobrepressões, e valores negativos correspondem a sucções.

Um valor positivo para F indica que esta força atua para o interior, e um valor negativo indica que esta força atua para o exterior da edificação.

Para os casos previstos nesta Norma, a pressão interna é considerada uniformemente distribuída no interior da edificação. Conseqüentemente, em superfícies internas pla- nas, cpi = Ci.

(1) Ver 5.4 e Grupo 5 da Tabela 3.

NBR 6123/19885

4.2.3 Coeficientes de força

A força global do vento sobre uma edificação ou parte

(dela, Fg, é obtida pela soma vetorial das forças do vento que aí atuam.

A componente da força global na direção do vento, força de arrasto Fa é obtida por:

Fa = Ca q A e

Onde:

Ca = coeficiente de arrasto

Ae = área frontal efetiva: área da projeção ortogonal da edificação, estrutura ou elemento estrutural sobre um plano perpendicular à direção do vento ("área de sombra")

De um modo geral, uma componente qualquer da força global é obtida por:

F = Cf q A Onde:

Cf =coeficiente de força, especificado em cada caso: Cx, CY, etc.

A = área de referência, especificada em cada caso

4.3 Determinação dos efeitos dinâmicos do vento

Para a determinação dos efeitos dinâmicos devidos à turbulência atmosférica, ver roteiro de cálculo no capítulo 9 e exemplos no Anexo 1.

5 Velocidade característica do vento

5.1 Velocidade básica do vento, V o

A velocidade básica do vento, Vo , é a velocidade de uma rajada de 3 s, excedida em média uma vez em 50 anos, a 10 m acima do terreno, em campo aberto e plano.

Nota: A Figura 1 apresenta o gráfico das isopletas da velocidade básica no Brasil, com intervalos de 5 m/s (ver Anexo C).

5.1.1 Como regra geral, é admitido que o vento básico pode soprar de qualquer direção horizontal.

5.1.2 Em caso de dúvida quanto à seleção da velocidade básica e em obras de excepcional importância, é recomendado um estudo específico para a determinação de

Vo . Neste caso, podem ser consideradas direções prefe- renciais para o vento básico, se devidamente justificadas.

5.2 Fator topográfico, 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 2;

- no ponto A (morros) e nos pontos A e C (taludes): S1 = 1,0;

[interpolar linearmente para 3° < θ < 6° < 17° < θ < 45°]

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