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Introdução

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A NBR 6123 é a norma brasileira que define parâmetros de cálculo para o projeto de equipamentos e estrutura que estão sujeitos as forças do vento.

Uma das partes mais importantes na fase de projeto de qualquer equipamento é a consideração das cargas. A aplicação de cargas que não condizem com a realidade gera perdas muito grandes, sejam elas de dinheiro (pelo superdimensionamento) ou devido a falha do equipamento (devido a cargas não previstas em projeto), além disso o mal dimensionamento traz riscos diretamente na vida das pessoas que trabalham em regiões próximas ao equipamento.

Dessa maneira, é de extrema importância analisar se o equipamento está em local aberto sendo submetido as forças devido ao vento. Se você está se deparando com alguma necessidade desse tipo, esse artigo vai sanar suas dúvidas sobre as considerações da NBR 6123.

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Sobre a NBR 6123

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Através da NBR 6123 conseguimos encontrar parâmetros e coeficientes indispensáveis para os cálculos da força em estruturas e edificações devido as ações estáticas e dinâmicas do vento.

A norma contém geometrias pré determinadas para a definição dos parâmetros para o cálculo do vento, como por exemplo geometrias retangulares, circulares, vigas e algumas outras. Caso exista a necessidade da aplicação da força do vento em edificações que contenham geometrias distintas das existentes na norma, é necessário realizar um estudo para determinar quais devem ser essas forças. Portanto este artigo tratará apenas das condições estabelecidas pela norma.

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Os três primeiros capítulos como toda norma, trazem as principais informações sobre ela, tais como:

• Objetivo – diz respeito ao motivo de a norma existir, seu propósito;
• Condições literais – trata das variáveis utilizadas nos cálculos da norma;
• Definições – explica sobre alguns termos técnicos adotados na norma.

O procedimento de cálculo é tratado na norma a partir do capítulo 4, sendo as principais características destacadas ao decorrer deste artigo.

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Procedimentos de cálculo pela NBR 6123

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A força do vento em estruturas deve ser calculada separadamente para as seguintes partes:

• Elementos de vedação e suas fixações (telhas, vidros, esquadrias, painéis de vedação etc.);
• Partes da estrutura (telhados, paredes etc.);
• Estrutura como um todo.

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Essa divisão adotada é importante pois partes da estrutura podem apresentar resultados mais críticos quando aplicada a força do vento.

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Posteriormente é necessário determinar as cargas estáticas devido a ação do vento, são elas:

• Velocidade básica do vento (V₀) – depende do local onde a estrutura é construída, a própria norma determina quais são essas velocidades, como mostra a imagem da Figura 1;
• Velocidade característica do vento (V_k) – multiplica-se a velocidade básica por alguns fatores definidos pela norma (chamados de S₁, S₂ e S₃), essa velocidade é utilizada para a parte da edificação em consideração;
• Pressão dinâmica do vento (q) – elevando ao quadrado a velocidade caraterística do vento e multiplicando pelo fator 0,613 obtém-se a pressão dinâmica do vento, através dela é possível seguir para o próximo passo do cálculo.

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Figura 1 - Velocidade básica do vento nas diferentes regiões do Brasil.

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Os fatores S₁, S₂ e S₃ são encontrados também na norma, eles são definidos como:

S₁ – Fator topográfico, leva em consideração o relevo do local onde a estrutura ou edificação está instalada;

S₂ – Fator de rugosidade do terreno, depende do tipo de local em que a edificação está instalada (próximo a oceanos, áreas abertas, zonas industriais etc.);

S₃ – Fator estatístico, esse é aplicado baseado em conceitos estatísticos, considera o grau de segurança e a vida útil da edificação.

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Coeficientes de pressão e de forma

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Devido ao fato da força do vento depender principalmente da diferença de pressão entre faces opostas, é necessário dividir a edificação em duas partes:

• Superfície externa;
• Superfície interna.

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A variação de pressão é obtida através do cálculo abaixo:

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Para o caso do vento incidindo perpendicularmente a um elemento plano da estrutura de área qualquer é possível calcular a força exercida por ele da seguinte maneira:

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Os coeficientes de pressão e forma são obtidos também através da própria norma, eles dependem principalmente do tipo, formato e altura da edificação. O capítulo 6 da NBR 6123 trata exclusivamente da determinação dos coeficientes, além disso as tabelas 4 e 9 apresentam os coeficientes de pressão e forma externos para as edificações retangulares e circulares, como mostram as imagens abaixo:

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Figura 2 - Tabela com coeficientes de pressão e forma para edificações retangulares.

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Figura 3 - Distribuição da pressão do vento no corpo de formato retangular.

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Figura 4 - Coeficiente de pressão externo para edificações circulares.

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Figura 5 - Ângulo de incidência do vento em corpos circulares.

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Além dos coeficientes de pressão no corpo, as tabelas de 5 a 8 da NBR 6123 apresentam os coeficientes de pressão para os diferentes tipos de telhado existentes em corpos retangulares, os tipos de telhados mostrados na norma podem ser vistos nas imagens abaixo:

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Figura 6 - Telhado com duas águas e simétrico.

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Figura 7 - Telhado com uma água.

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Figura 8 - Telhado múltiplo e simétrico.

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Figura 9 - Telhado múltiplo e assimétrico.

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A NBR 6123 não define parâmetros para o cálculo de tetos com formatos cônicos, muito vistos em edificações de formatos circulares, para estes casos, como já citado anteriormente, é necessário realizar um estudo sobre a maneira como o vento se comporta em corpos desse tipo.

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Coeficientes de força para barras prismáticas pela NBR 6123

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Barras prismáticas ou reticulados são termos adotados pela NBR 6123 para referir-se a vigas utilizadas nas edificações. A força exercida pelo vento nas barras prismáticas é obtida através do coeficiente de arrasto, como mostra a equação abaixo:

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A área frontal efetiva trata-se da área em que o vento realmente incide, por exemplo, uma viga pode apresentar diferentes áreas frontais efetivas dependendo do ângulo de incidência do vento.

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Veja no exemplo abaixo onde é mostrada a direção de incidência do vento.

Figura 10 - Representação de uma estrutura de sustentação qualquer.

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Perceba que a mesma viga apresenta diferentes áreas efetivas de acordo com a direção da linha de ação do vento.

Figura 11 - Área frontal efetiva (em vermelho) para as vigas de mesma dimensão e sob diferentes ângulos de ação do vento.

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Já o coeficiente de arrasto pode ser obtido através da figura 6, presente no capítulo 7 da NBR 6123.

Figura 12 - Coeficiente de arrasto utilizado para vigas com cantos vivos ou levemente arredondados.

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Note que existe um fator Ø necessário para obter o coeficiente de arrasto. A NBR 6123 chama esse coeficiente de índice de área exposta e ele pode ser obtido da seguinte maneira:

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A área frontal da superfície limitada pelo contorno das vigas pode ser definida como a área de uma superfície imaginária definida a partir dos limites das vigas que compõe a estrutura, para facilitar observe a imagem abaixo:

Figura 13 - Área frontal efetiva da superfície limitada pelo contorno das vigas (em vermelho).

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Percebe-se que é possível obter essa área apenas multiplicando as dimensões já conhecidas, ou seja, a distância entre as vigas mais externas e a altura das vigas.

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Depois disso basta executar o cálculo de Ø e encontrar na figura 6 da norma o coeficiente de arrasto para a viga analisada.

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Existem diversas outras figuras na norma que determinam os coeficientes de arrasto para determinado tipo de perfil, por exemplo:

• Figura 7 – determina o coeficiente de arrasto para barras de seção circular;
• Figura 9 – determina o coeficiente de arrasto para seções quadradas e triangular equilátera, etc.

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Então caso já exista o perfil desejado na NBR 6123 coeficientes tabelados, basta retirá-los das figuras do capítulo 7, caso o perfil encontrado seja diferente dos especificados pela norma, é necessário consultar as diretrizes do capítulo 7 e anexos para calculá-lo.

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O capítulo 8 da NBR 6123 trata dos coeficientes de força para muros, placas e coberturas isoladas, já o capítulo 9 trata dos efeitos dinâmicos devido a turbulência atmosférica. Para os fins desse artigo estes capítulos não serão analisados, visto que posteriormente os conhecimentos aqui descritos serão utilizados para novos artigos, utilizando como exemplo de análise pela norma um silo de armazenamento de grãos.

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Conclusão

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Este artigo teve a intenção de apresentar os conceitos básicos para o cálculo da força devido ao vento e organizá-lo de maneira mais prática, dividindo em etapas e mostrando as considerações necessárias para executar o cálculo. O principal foco é facilitar o entendimento daqueles que estão interessados no assunto, no entanto para obter informações mais detalhadas é sempre recomendado a leitura da própria norma.

Além disso as informações contidas nesse artigo servirão de base para outros artigos do blog da Ensus em que a força devido ao vento é uma componente importante.

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