Cálculo da carga do vento em guindaste

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ABR 1994 NBR 13129
Cálculo da carga do vento em
guindaste
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 5 páginas
1 Objetivo
1.1 Esta Norma fixa as condições exigíveis para o cálculo
da carga do vento em guindastes.
1.2 Este procedimento de cálculo admite que o vento so-pre
horizontalmente em qualquer direção, a uma veloci-dade
constante, e que exista uma reação estática às car-gas
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 ven-tos)
e para a resposta dinâmica.
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 constan-te
(K = 0,613 kg/m3)
= velocidade do vento, usada como base para o
cálculo
2.1.2 Quando “p” é expresso em kPa e “ ” em m/s, tem-se:
2.2 Condições de vento no projeto
Duas condições de vento no projeto são consideradas no
cálculo da carga do vento em guindastes.
2.2.1 Ação do vento quando o guindaste está em operação
Vento máximo que o guindaste pode suportar sob con-dições
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 refe-rente
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 es-pecificados
no certificado do guindaste.


2 NBR 13129/1994
Tabela 1 - Pressões e velocidades dos ventos quando o guindaste está em operação
Tipo de guindaste Velocidade do Pressão dinâmica
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 14 0,125
podem ser baixadas facilmente ao solo)
b) Todos os tipos normais de guindastes instalados em áreas 20 0,25
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 claramen-te
descrito, conforme segue:
a) uma redução da carga nominal (que é a carga es-pecificada
pelo fabricante que o guindaste pode
operar em condições normais) baseada na veloci-dade
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 tama-nho
e forma de carga suspensa. A força dos ven-tos
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;
- guindaste do tipo c) na Tabela 1:
f = 0,06 m.gn;
Onde:
f = força dos ventos na carga suspensa, em
KN
m = massa da carga suspensa, em t
gn = aceleração da queda livre (gn 10 m/s2)
Nota: Quando um guindaste é projetado para transportar cargas
somente de tamanho e forma específicos, a força dos ven-tos
na carga suspensa deve ser calculada para as dimen-sões
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 ven-to
varia de acordo com a localização geográfica e o grau
geométrico de exposição do guindaste aos ventos.
vento (m/s) do vento (kPa)
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 teles-copicamente
por meio de mecanismo próprio apenas pre-cisam
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 de-vem
ser especificadas, para que o guindaste possa su-portar
com segurança a ação do vento especificado,
quando ele está em operação.
3 Condições específicas
3.1 Cálculo da carga do vento
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 proje-ção
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)
livres
c) Guindastes descarregadores tipo transportador, que 28,5 0,50
devem continuar operando com ventos fortes

NBR 13129/1994 3
3.1.2 Para calcular a carga dos ventos em condições quan-do
o guindaste estiver fora de operação, a pressão do ven-to
pode ser obtida como constante para todos os interva-los
verticais de 10 m acima da altura de guindaste. Alter-nativamente,
a pressão real do vento no projeto em qual-quer
altura pode ser calculada, ou a pressão do vento no
projeto no topo da estrutura pode ser obtida como cons-tante
acima da altura máxima.
3.1.3 A carga total do vento na estrutura é obtida como a
soma das cargas em seus componentes.
3.2 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 pa-ra
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 flam-bagem
aerodinâmica e a relação da seção são definidas
na Tabela 2.
Tabela 2 - Coeficientes das forças
Flambagem aerodinâmica (A)
Tipo Descrição l/b ou l/D
5 10 20 30 40 50
Superfícies planas,seções ocas, retangulares, 1,3 1,35 1,6 1,65 1,7 1,9
seções laminadas
Seções circulares, onde:
Componentes Dvs < 6 m2/s, 0,75 0,80 0,90 0,95 1,0 1,1
Figura 1 - Dimensões para cálculo de flambagem e relação da seção de estruturas
do
implemento Dvs ¯ 6 m2/s 0,60 0,65 0,70 0,70 0,75 0,8
Seções quadradas acima b/d
de 350 mm e retangulares
acima de 250 mm x 450 mm ¯ 2 1,55 1,75 1,95 2,1 2
1 1,40 1,55 1,75 1,85 1,9
0,5 1,0 1,2 1,3 1,35 1,4
0,25 0,8 0,9 0,9 1,0 1,0
Seções laterais planas 1,7
Armações Seções circulares, onde:
de Dvs < 6 m2/s 1,2
treliça Dvs ¯ 6 m2/s 0,8
única
Alojamento Plataforma ou base da máquina (fluxo de
da ar sob a estrutura evitado) 1,1
máquina
(A) Ver Figura.



4 NBR 13129/1994
3.2.1.2 Os coeficientes das forças obtidas por meio do
túnel de vento ou ensaios em escala real podem ser tam-bém
usados.
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 vs é a velocidade do vento no
projeto, em m/s, os coeficientes apropriados da força
são aplicados nas áreas frontais correspondentes.
3.2.1.4 A flambagem aerodinâmica é calculada através da
seguinte equação:
3.2.1.5 A relação da seção é calculada através da seguinte
equação:
3.2.2 Fatores de proteção de componentes do implemento ou
armações múltiplas
3.2.2.1 Quando componentes do implemento ou arma-ções
paralelas são posicionados de maneira a propor-cionar
proteção, a força do vento no componente ou arma-ção
de proteção ao vento e nas partes desprotegidas é
calculada usando-se os coeficientes apropriados de for-ça.
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 (η)
Relação de Relação de solidez A/Ae
espaçamento
α/b 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 1
3.2.2.2 Quando existir um número de armações e compo-nentes
do implemento idênticos, com espaçamentos eqüi-distantes
entre si, de maneira tal que cada armação pro-teja
a que estiver imediatamente anterior, é aceito que o
efeito de proteção aumente até a nona armação e perma-neça
constante daí em diante. As cargas dos ventos, em
N, devem ser calculadas pelas seguintes equações:
a) na primeira armação:
b) na segunda armação:
c) na nona armação (quando η estiver entre 3 e 8):
d) na nona e em armações subseqüentes:
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:
(n > 9)
3.2.2.4 Para fins de projeto, o valor de ηx, usado na equação
anterior, é considerado como 0,10, sempre que, numeri-camente,
este for menor que 0,10.
3.2.2.5 A relação de solidez é calculada através da seguin-te
equação(ver Figura 2):


NBR 13129/1994 5
Figura 2 - Dimensões para cálculo da relação de solidez
3.2.2.6 A relação de espaçamento é calculada através da
equação (ver Figura 3):
3.2.3 Torres de treliça
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:
b) para torres compostas de seções circulares:
3.2.3.2 O valor de η é obtido da Tabela 3 para a/b = 1, de
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.
3.2.4 Partes inclinadas para a direção do vento
Quando o vento sopra em um ângulo com o eixo geomé-trico
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:
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

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