Cálculo da carga do vento em guindaste

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ABR 1994

NBR 13129

Cálc Cálcul ulo o da da c car ar a d do o ven ventto em em uindaste ABNT-Associação Brasileira de Normas Técnicas Sed e: Rio de Jane iro iro Av. Trez Treze e d e M aio, 13 - 28 andar CEP20003-900 - Ca ixa Posta l 1680 Rio d e Ja neiro - RJ Tel.: PABX PABX (021) 210-3122 Tele x: (021) 34333 ABNT- BR Endere ç o Teleg rá fico: NORMATÉCNICA º

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Procedimento Origem: Projeto 05:012.02-007/1991 CB-05 - Comitê Brasileiro de Automóveis, Caminhões, Tratores, Veículos Similares e Autopeças CE-05:012.02 - Comissão de Estudo de Máquinas Rodoviárias NBR 13129 - Cranes - Wind load assessment - Procedure Descriptors: Wind load. Crane Esta Norma foi baseada na ISO 4302/1981 Válida a partir de 30.05.1994 Palavras-chave: Carga de vento. Guindaste

1 Objetivo 1.1 Esta Norma fixa as condições exigíveis para o cálculo da carga do vento em guindastes.

5 páginas

= velocidade do vento, usada como base para o cálculo Quando “p” é expre expresso sso em kPa kPa e “ 2.1.2 Quando

” em m/s, m/s, temtem-

se:

1.2 Este procedimento de cálculo admite que o vento sopre horizontalmente em qualquer direção, a uma velocidade constante, e que exista uma reação estática às cargas que o vento aplica na estrutura do guindaste. Esta reação inclui tolerâncias embutidas, para os efeitos das ra jadas de vento (mudanças rápidas da velocidade dos ventos) e para a resposta dinâmica.

2.2 Condições de vento no projeto Duas condições de vento no projeto são consideradas no cálculo da carga do vento em guindastes.

2 Condições gerais 2.1 Pressão dinâmica do vento 2.1.1 A pressão dinâmica do vento “p” é dada pela seguinte

equação:

Onde: K = fator relacionado com a massa específica do ar, o qual, para fins de projeto, é considerado constante (K = 0,613 kg/m3)

2.2.1 Ação do vento quando o guindaste está em operação

Vento máximo que o guindaste pode suportar sob condições de operação. Admite-se que a carga do vento é aplicada na direção menos favorável em combinação com cargas apropriadas de serviço (que é a carga que o guindaste pode suportar, descontando-se a carga referente à influência do vento). A velocidade dos ventos e a pressão dinâmica do vento correspondente, quando o guindaste está em operação, são dadas na Tabela 1. Se o fabricante usar valores diferentes dos valores mostrados na Tabela 1, nesse caso os valores usados devem ser especificados no certificado do guindaste.

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Tabela 1 - Pressões e velocidades dos ventos quando o guindaste está em operação Tipo de guindaste

Velocidade do vento (m/s)

a) Guindastes facilmente fixados contra a ação dos ventos, projetados somente para operação com ventos leves (por exemplo: guindastes de chassi baixo com lanças que podem ser baixadas facilmente ao solo)

Pressão dinâmica do vento (kPa)

14

0,125

b) Todos os tipos normais de guindastes instalados em áreas livres

20

0,25

c) Guindastes descarregadores tipo transportador, que devem continuar operando com ventos fortes

28,5

0,50

2.2.1.1 Ação do vento em carga suspensa no guindaste

A ação do vento na carga suspensa deve ser considerada e o procedimento pelo qual isto é feito deve ser claramente descrito, conforme segue: a) uma redução da carga nominal (que é a carga especificada pelo fabricante que o guindaste pode operar em condições normais) baseada na velocidade do vento, área de carga e fator de forma; b) uma limitação da velocidade do vento, quando o guindaste está em operação, para cargas do vento que excederem uma área de superfície estipulada; c) uso da força dos ventos nos parâmetros de tamanho e forma de carga suspensa. A força dos ventos na carga suspensa é calculada como um valor mínimo, como segue: - guindaste do tipo a) na Tabela 1: f = 0,015 m.gn; - guindaste do tipo b) na Tabela 1: f = 0,03 m.gn ;

2.2.2.2 Os guindastes móveis com lança de 30 m de com-

primento, no máximo, que podem ser baixados ao solo com facilidade, os guindastes com pino de articulação baixo com lança telescópica e os guindastes com torres que podem ser facilmente estendidas e retraídas telescopicamente por meio de mecanismo próprio apenas precisam ser projetados para ação do vento, quando fora de operação na posição baixada. As instruções de operação para estes guindastes devem incluir o requisito de que as lanças e/ou torres devem ser presas quando não estão em serviço. 2.2.2.3 As instruções de operação para os guindastes que

requerem instalação de estabilizadores de vento ou outros meios não usados durante a operação, a fim de resistir à velocidade especificada para ação do vento, quando os guindastes estão fora de operação, devem especificar a velocidade do vento que os guindastes podem suportar com segurança, na sua configuração de operação. As instruções devem também descrever as provisões que devem ser especificadas, para que o guindaste possa suportar com segurança a ação do vento especificado, quando ele está em operação.

3 Condições específicas

- guindaste do tipo c) na Tabela 1: f = 0,06 m.gn ;

3.1 Cálculo da carga do vento

Onde: f = força dos ventos na carga suspensa, em KN m = massa da carga suspensa, em t gn = aceleração da queda livre (g n

10 m/s2)

Nota: Quando um guindaste é projetado para transportar cargas somente de tamanho e forma específicos, a força dos ventos na carga suspensa deve ser calculada p ara as dimensões e configurações apropriadas.

2.2.2 Ação do vento quando o guindaste está fora de operação 2.2.2.1 Vento máximo (tempestade) que sopra na direção

menos favorável e que o guindaste pode suportar quando em uma condição fora de operação. A velocidade do vento varia de acordo com a localização geográfica e o grau geométrico de exposição do guindaste aos ventos.

3.1.1 Para estruturas parciais e completas e componentes

do implemento usados nas estruturas dos guindastes, a carga do vento “F”, em kN, é calculada pela seguinte equação: F = A . p. Cf Onde: A = área efetiva frontal da parte, em m2, isto é, a projeção da área sólida sobre um plano perpendicular à direção do vento p = pressão do vento que corresponde à condição apropriada do projeto, em KN/m2 Cf = coeficiente da força na direção do vento (ver 3.2)

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3.1.2 Para calcular a carga dos ventos em condições quan-

do o guindaste estiver fora de operação, a pressão do vento pode ser obtida como constante para todos os intervalos verticais de 10 m acima da altura de guindaste. Alternativamente, a pressão real do vento no projeto em qualquer altura pode ser calculada, ou a pressão do vento no projeto no topo da estrutura pode ser obtida como constante acima da altura máxima. 3.1.3 A carga total do vento na estrutura é obtida como a

soma das cargas em seus componentes.

3

3.2 Coeficiente das forças 3.2.1 Componentes do implemento, armações, etc. 3.2.1.1 Os coeficientes das forças para componentes do

implemento, armações de treliça única e alojamento de implementos, etc. São dados na Tabela 2. Os valores para os componentes do implemento variam de acordo com a flambagem aerodinâmica e, no caso de vigas de caixa de seções grandes, com a relação da seção. A flambagem aerodinâmica e a relação da seção são definidas na Tabela 2.

Tabela 2 - Coeficientes das forças

Tipo

Flambagem aerodinâmica (A) l/b ou l/D 5 10 20 30 40

Descrição

Superfícies planas,seções ocas, retangulares, seções laminadas

1,3

1,35

1,6

1,65

1,7

50 1,9

Seções circulares, onde: Componentes do implemento

Dvs < 6 m 2/s,

0,75

0,80

0,90

0,95

1,0

1,1

Dvs ¯ 6 m2/s

0,60

0,65

0,70

0,70

0,75

0,8

1,55 1,40 1,0 0,8

1,75 1,55 1,2 0,9

1,95 1,75 1,3 0,9

2,1 1,85 1,35 1,0

2 1,9 1,4 1,0

Seções quadradas acima de 350 mm e retangulares acima de 250 mm x 450 mm

Seções laterais planas Armações

b/d ¯ 2 1 0,5 0,25

1,7

Seções circulares, onde:

de

Dvs < 6 m2/s

1,2

treliça

Dvs ¯ 6 m 2/s

0,8

Plataforma ou base da máquina (fluxo de ar sob a estrutura evitado)

1,1

única Alojamento da máquina (A)

Ver Figura.

Figura 1 - Dimensões para cálculo de flambagem e relação da seção de estruturas

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3.2.1.2 Os coeficientes das forças obtidas por meio do

3.2.1.5 A relação da seção é calculada através da seguinte

túnel de vento ou ensaios em escala real podem ser também usados.

equação:

3.2.1.3 Quando uma armação é fabricada com seções cir-

culares ou de seções circulares em ambos os regimes de fluxo Dvs (< 6 m2 /s) e Dvs (¯ 6 m2 /s), onde D é o diâmetro da seção circular, em m, e v s é a velocidade do vento no projeto, em m/s, os coeficientes apropriados da força são aplicados nas áreas frontais correspondentes.

3.2.2 Fatores de proteção de componentes do implemento ou armaçõesmúltiplas 3.2.2.1 Quando componentes do implemento ou arma-

3.2.1.4 A flambagem aerodinâmica é calculada através da

seguinte equação:

ções paralelas são posicionados de maneira a proporcionar proteção, a força do vento no componente ou armação de proteção ao vento e nas partes desprotegidas é calculada usando-se os coeficientes apropriados de força. Os coeficientes das forças nas partes desprotegidas são multiplicadas por um fator de proteção “ η”, dado na Tabela 3. Os valores de “ η” variam com as relações de solidez e espaçamentos definidos na Tabela 3.

Tabela 3 - Fatores de proteção ( ) Relação de espaçamento α /b

Relação de solidez A/Ae 0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

¯ 0,6

0,5

0,75

0,4

0,32

0,21

0,15

0,1

1,0

0,92

0,75

0,59

0,43

0,25

0,1

2,0

0,95

0,8

0,63

0,5

0,33

0,2

4,0

1

0,88

0,76

0,66

0,55

0,45

5,0

1

0,95

0,88

0,81

0,75

0,68

6,0

1

1

1

1

1

3.2.2.2 Quando existir um número de armações e compo-

nentes do implemento idênticos, com espaçamentos eqüidistantes entre si, de maneira tal que cada armação proteja a que estiver imediatamente anterior, é aceito que o efeito de proteção aumente até a nona armação e permaneça constante daí em diante. As cargas dos ventos, em N, devem ser calculadas pelas seguintes equações:

1

3.2.2.3 A carga total do vento, em N, é então:

a) quando existirem até nove armações:

(n - 9)

b) quando existirem mais de nove armações: a) na primeira armação: (n > 9)

b) na segunda armação:

3.2.2.4 Para fins de projeto, o valor de ηx, usado na equação

anterior, é considerado como 0,10, sempre que, numericamente, este for menor que 0,10. c) na nona armação (quando η estiver entre 3 e 8):

d) na nona e em armações subseqüentes:

3.2.2.5 A relação de solidez é calculada através da seguin-

te equação(ver Figura 2):

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Figura 2 - Dimensões para cálculo da relação de solidez

3.2.2.6 A relação de espaçamento é calculada através da

3.2.3.2 O valor de η é obtido da Tabela 3 para a/b = 1, de

equação (ver Figura 3):

acordo com a relação de solidez da face de proteção do vento. 3.2.3.3 A carga máxima do vento em uma torre quadrada

ocorre quando o vento sopra em uma quina. Isto pode ser tomado como 1,2 vez para carga na face. 3.2.3 Torres de treliça 3.2.4 Partes inclinadas para a direção do vento 3.2.3.1 No cálculo da carga do vento na face em torres

quadradas, a área sólida da face de proteção do vento é multiplicada pelos seguintes coeficientes de força total: a) para torres compostas de seções planas:

Quando o vento sopra em um ângulo com o eixo geométrico longitudinal do componente de implemento ou com a superfície de uma armação, a força na direção do vento, F, em N, é obtida da equação:

Onde: b) para torres compostas de seções circulares: F, A, p e Cf = definidos em 3.1.1 θ = ângulo do vento ( θ < 90°) com o eixo geométrico

longitudinal do componente de implemento ou superfície da armação

Figura 3 - Dimensões para cálculos da relação de espaçamento