Nesta secção, vamos discutir os efeitos da topografia na carga do vento nas estruturas, calculando o fator topográfico K_zt usando MACHADOS 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).
eu_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. De outra forma, K_zt é igual a 1.0.

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.

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:

Definição de Ponto	Elevação, ft	Localização, ft
Estrutura	5197.18	0
Pé da Escarpa	4615.73	-7708.69
Pico da Escarpa	5443.89	-3695.94
Meio	5029.81	-5279.76

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

H = 828.16 ft > 60 ft – diferença na elevação do pico e do pé
eu_h = 1583.85 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/eu_h = 0.5229 > 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/eu_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).
com = 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, Desde a H/eu_h > 0.5, eu_h deve ser igual a 2H:

K₁/(H/eu_h) = 0.85 (Exposição C)
K₁ = 0.425
eu_h = 2(828.16) = 1656.32 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)(1583.85) = 0.442
K₃ = e^{-γz / L_h} = e^{-(2.5)com/(1583.85)}

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

com, ft	K1	K2	K3	Kzt
0	0.425	0.442	1.000	1.411
10	0.425	0.442	0.985	1.404
20	0.425	0.442	0.970	1.398
30	0.425	0.442	0.956	1.391
40	0.425	0.442	0.941	1.385
50	0.425	0.442	0.927	1.379
60	0.425	0.442	0.913	1.373
70	0.425	0.442	0.900	1.367
80	0.425	0.442	0.886	1.361
90	0.425	0.442	0.873	1.355
100	0.425	0.442	0.860	1.349

Pode-se observar que conforme a altura acima do solo, com, 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.

Usando o Calculadora de carga de vento grátis, você pode gerar as pressões do vento do projeto até 3 vezes por dia e está limitado apenas ao perfil do telhado de duas águas.

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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. O 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