Nesta secção, vamos discutir os efeitos da topografia na carga do vento nas estruturas, calculando o fator topográfico K_zt usando ASCE 7-16. Efeitos de aceleração devido a mudanças abruptas na topografia devem ser considerados no cálculo das pressões do vento do projeto.

Fator Topográfico, K_zt

Para ASCE 7-16, seção 26.8 detalha as condições no cálculo do fator de topografia, K_zt . Estes são:

• “A colina, cume, ou escarpa é isolada e desobstruída contra o vento por outras características topográficas semelhantes de altura comparável para 100 vezes a altura da característica topográfica (100H) ou 2 mim (3.22 km), o que for menor. Esta distância deve ser medida horizontalmente a partir do ponto em que a altura H da colina, cume, ou escarpa é determinada.”
• “A colina, cume, ou escarpa se projeta acima da altura das características do terreno contra o vento em um raio de 2 milhas (3.22-km) raio em qualquer quadrante por um fator de 2 ou mais.”

• “O edifício ou outra estrutura está localizado conforme mostrado na Fig. 26.8-1 na metade superior de uma colina ou crista ou perto da crista de uma escarpa.”
• H / L_h ≥ 0.2
• H é maior ou igual a 15 ft (4.5 m) para a Exposição C e D e 60 ft (18 m) para Exposição B.

Onde:
H = Altura da colina ou escarpa em relação ao terreno contra o vento, em pés (m).
L_h = Distância contra o vento da crista até onde a diferença na elevação do solo é a metade da altura da colina ou escarpa, em pés (m).

Satisfazendo essas condições, K_zt precisa ser considerado. Caso contrário, K_zt é igual a 1.0.

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Estudo de caso

Para ilustrar o cálculo de K_zt, vamos considerar Gilt Edge Stage Rd, Lewistown, MT 59457, EUA (anos: 47.09082818472724, lng:-109.22439642402344) com vento vindo do sul para o nosso estudo de caso no cálculo K_zt. O site está classificado como Exposição C já que lá é um terreno aberto.

Perfil de elevação da direção S-N do terreno (Google Maps, 2023).

Da imagem do mapa, podemos deduzir que a localização da estrutura é um platô e pode ser considerada uma escarpa devido à sua superfície plana no topo. Obtendo os dados de elevação do Google Maps e definindo a localização da estrutura como nosso ponto de partida (distância negativa significa a favor do vento e positiva significa localização a favor do vento), podemos deduzir os seguintes pontos para a Figura 26.8-1:

 

De nosso encontro acima, podemos pegar H, L_h, e x:

H = 921.02 ft > 60 ft – diferença na elevação do pico e do pé
L_h = 1842.04 ft – diferença de localização do pico e localização do meio
x = 3695.94 ft – distância da estrutura ao pico da escarpa (negativo para upwind, positivo para o vento)
H/L_h = 0.501 > 0.2

O fator topográfico, K_zt, pode ser resolvido usando a equação na Figura 26.8-1:

K_zt = (1+K₁K₂K₃)²
K₂ = 1 – |x|/μL_h
K₃ = e^-γz/L_h

Onde:
K₁ = Fator para levar em conta a forma do recurso topográfico e efeito de aceleração máxima.
K₂ = Fator para contabilizar a redução na aceleração com a distância contra o vento ou contra o vento da crista.
K₃ = Fator para contabilizar a redução na aceleração com a altura acima do terreno local.
x = Distância (contra o vento ou contra o vento) da crista ao local do edifício ou outra estrutura, em pés (m).
z = Altura acima da superfície do solo no local do edifício ou outra estrutura, em pés (m).
μ = Fator de atenuação horizontal.
c = Fator de atenuação de altura.

Para nosso estudo de caso, usando figura 26.8-1, onde fica o formato da colina “2D Escarpa.” Além disso, optimizada H/L_h > 0.5, L_h deve ser igual a 2H:

K₁/(H/L_h) = 0.85 (Exposição C)
K₁ = 0.425
L_h = 2(921.02) = 1842.04 ft
c = 2.5
μ_{contra o vento} = 1.5
μ_{a favor do vento} = 4 (adotado devido à localização da estrutura)

Uma vez que a estrutura está no lado do vento:

K₂ = 1 – |x|/μL_h = 1 – |(3695.94)|/(4)(1842.04) = 0.4984
K₃ = e^{-γz / L_h} = e^{-(2.5)z/(1842.04)}

Observe que K₃ varia dependendo da elevação do solo da altura sendo considerada. Conseqüentemente, o correspondente K_zt valores por elevação z, estão tabulados abaixo:

Valores tabulados do fator topo K_zt para correspondente z elevação.

Pode-se observar que conforme a altura acima do solo, z, está aumentando, a K_zt o valor está diminuindo.

SkyCiv Load Generator

Usando o gerador de carga SkyCiv, o fator de topografia K_zt é calculado automaticamente. Tudo que você precisa fazer é colocar o Endereço do Projeto, selecione os Categoria de Exposição e Direção da fonte de vento e o software irá processar os dados de elevação retirados do Google Maps.

Calculadora de carga de vento grátis

Os pontos para pé contra o vento, meia altura, e o pico do terreno é detectado automaticamente por nosso software. Como o algoritmo pode nem sempre ser preciso, você pode substituir e esses valores usando o Editar Pico e Editar pé do vento botões para melhor resultado do fator topo. Os valores da tabela são preenchidos automaticamente.

O cálculo passo a passo de K_zt que fizemos acima é mostrado no cálculo detalhado da carga do vento do SkyCiv Load Generator.

similarmente, o fator topográfico / orográfico também pode ser calculado de maneira semelhante para EN 1991, AS / NZS 1170, NBCC 2015, NSCP 2015, e é 875. Além disso, no SkyCiv Load Generator, a K_zt O valor usado para cada nível é o valor conservador que é calculado em z = 0. Usando o Calculadora de carga de vento grátis, você pode gerar as pressões do vento do projeto até 2 vezes por dia e está limitado apenas ao perfil do telhado de duas águas.

Contudo, o relatório detalhado de cálculo da carga de vento só pode ser acessado usando uma conta Profissional junto com todos os recursos completos dos módulos SkyCiv. A versão independente do gerador de carga apenas também pode ser comprado através deste link.

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Referências:

• Cargas mínimas de projeto para edifícios e outras estruturas. (2017). EIXOS / SEIS 7-16. Sociedade Americana de Engenheiros Civis.
• Google Maps