Calculadora de pressão do vento e força na superfície

Pressão dinâmica do vento (q = ½·ρ·v²), pressão e força na superfície com fatores de exposição, pressão e estrutura informados. Também calcula velocidade pela pressão.

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Aviso de cálculo preliminar: Este cálculo é preliminar. Ele fornece a pressão dinâmica a partir da velocidade do vento (q = ½·ρ·v²) e, com os coeficientes informados, a pressão e a força em uma superfície. Não abrange o procedimento completo da EN 1991-1-4: não calcula o mapa de velocidade básica do vento, a categoria do terreno, a rugosidade e a turbulência com a altura, a orografia, o fator estrutural (cs·cd), as zonas dos coeficientes de pressão externa e interna, as forças de atrito nem a resposta dinâmica. Os fatores de exposição, pressão e estrutura devem ser obtidos na norma pertinente e inseridos manualmente. A avaliação das ações do vento e o projeto estrutural devem seguir a norma aplicável e ser realizados por um engenheiro habilitado.

Fórmulas

Todos os tipos de cálculo

Pressão dinâmica: q = ρ · v² / 2

Calcular pressão e força

Pressão dinâmica de pico: q_{p} = c_{e} · q
Pressão na superfície: w = q_{p} · c_{p}
Força na superfície: F = c_{s}c_{d} · w · A

Calcular velocidade pela pressão

Velocidade pela pressão: v = √(2 · q / ρ)

Hipóteses

Para placas de sinalização, verifique a EN 1991 1 4, cláusula 7.4.3. Para altura livre zg > h/4, cf = 1,80 e a excentricidade horizontal recomendada é e = ±0,25b. O coeficiente também se aplica a zg < h/4 com b/h ≤ 1. Placas largas próximas ao solo são tratadas como muros isolados. O Anexo Nacional pode alterar a excentricidade. Esta ferramenta não calcula o momento correspondente. O coeficiente 1,3 usado como exemplo não é uma recomendação normativa para placas.
A pressão dinâmica decorre da relação de Bernoulli: q = ρ·v²/2. Com ρ = 1,25 kg/m³, também pode ser escrita q = v² / 1600 (kN/m², v em m/s).
A massa específica do ar varia com a altitude, a temperatura e a pressão barométrica. O valor 1,25 kg/m³ é a recomendação da EN 1991-1-4, seção 4.5(1). O Anexo Nacional pode fornecer outro valor.
O fator de exposição c_e é a razão entre a pressão dinâmica de pico e a pressão dinâmica básica (EN 1991-1-4). Ele cresce bastante acima de 1 com a rugosidade do terreno e a altura acima do solo. A ferramenta não o calcula, o usuário informa o valor.
Os coeficientes de pressão e força dependem da forma e das proporções da superfície, da direção do vento e da zona considerada. O valor inicial 1 é apenas indicativo e deve ser substituído pelo valor da norma.
Em edifícios fechados, a pressão líquida em uma superfície é a diferença entre as pressões externa e interna. A ferramenta fornece uma pressão de superfície a partir de um coeficiente e não acrescenta a pressão interna.
A força pressupõe pressão uniforme atuando no centroide da superfície. Pressões locais de pico em cantos e bordas devem ser consideradas separadamente para revestimentos e fixações.
A carga de vento varia com rajadas curtas. Para estruturas flexíveis e esbeltas (mastros, chaminés, torres e placas longas), a resposta dinâmica e o desprendimento de vórtices estão fora do escopo.

Como calcular a pressão do vento?

A pressão produzida quando o ar em movimento é levado ao repouso em uma superfície é a pressão dinâmica, q = ρ × v² / 2. ρ é a massa específica do ar (cerca de 1,25 kg/m³) e v é a velocidade do vento em m/s. O resultado é expresso em N/m², ou pascals. A pressão cresce com o quadrado da velocidade: dobrar a velocidade quadruplica a pressão.

Para vento de 30 m/s (108 km/h), q = 1,25 × 30² / 2 = 562,5 N/m², cerca de 0,56 kN/m².

Da pressão dinâmica à força na superfície

A pressão em uma superfície real não é igual à pressão dinâmica. Há três ajustes:

Fator de exposição (c_e): a velocidade básica do vento nas normas é a velocidade média a 10 m de altura em terreno aberto. Ao incluir as rajadas e a altura, a pressão dinâmica de pico pode ser várias vezes maior.
Coeficiente de pressão ou força (c_p): depende da forma da superfície e da direção do vento. É positivo (pressão) na face a barlavento e geralmente negativo (sucção) na face a sotavento e na cobertura.
Fator estrutural (cs·cd): considera o tamanho e o comportamento dinâmico da estrutura.

A força é F = c_s·c_d × c_p × q_p × A, em que A é a área de referência perpendicular ao vento.

Exemplo

Uma velocidade básica de 28 m/s fornece q = 490 N/m². Com fator de exposição 2,1, a pressão dinâmica de pico é 1029 N/m². Um painel de 12 m² com coeficiente de força 1,3 recebe então 1,029 × 1,3 × 12 = 16,05 kN.

Limitações

Esta ferramenta executa as operações da fórmula. Ela não escolhe os coeficientes. Os fatores de exposição, pressão e estrutura são dados em normas como a EN 1991-1-4 conforme a categoria do terreno, a altura e a forma do edifício. A escolha correta desses fatores pode tornar o resultado várias vezes maior ou menor. Manter os coeficientes em 1 é inseguro na maioria dos casos. Use o resultado para uma avaliação inicial.

Perguntas frequentes

Como calcular a pressão do vento a partir da velocidade?

Para velocidade de exemplo de 30 m/s e massa específica do ar de 1,25 kg/m³, metade da massa específica multiplicada pela velocidade ao quadrado fornece pressão dinâmica de 562,5 N/m². Este valor preliminar é a pressão dinâmica, não a pressão de projeto na superfície. Os coeficientes de exposição, pressão e estrutura devem ser escolhidos separadamente para as condições reais.

Calcular com estes valores

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