Capitolul 2 - VITEZA VÂNTULUI. PRESIUNEA DINAMICĂ A VÂNTULUI - Reglementari tehnice din 2012 ''Cod de proiectare. Evaluarea acţiunii vântului asupra construcţiilor'', Indicativ CR 1-1-4/2012

M.Of. 704 bis

În vigoare
Versiune de la: 2 Septembrie 2013
CAPITOLUL 2:VITEZA VÂNTULUI. PRESIUNEA DINAMICĂ A VÂNTULUI
SECŢIUNEA 1:2.1. Elemente generale
(1)Valorile instantanee ale vitezei vântului şi ale presiunii dinamice a vântului conţin o componentă medie şi o componentă fluctuantă faţă de medie.
(2)Atât viteza vântului cât şi presiunea dinamică a vântului sunt modelate ca mărimi aleatoare. Componenta medie a acestora este modelată ca variabilă aleatoare; componenta fluctuantă faţă de medie este modelată ca proces aleator staţionar, normal şi de medie zero.
(3)Valorile medii ale vitezei şi presiunii dinamice a vântului se determină pe baza valorilor de referinţă ale acestora (descrise la punctul 2.2) şi a rugozităţii şi orografiei terenului (descrise la punctul 2.3).
(4)Componenta fluctuantă a vitezei vântului este reprezentată prin intensitatea turbulenţei definită la punctul 2.4 în funcţie de care se determină valorile de vârf ale vitezei şi presiunii dinamice a vântului.
SECŢIUNEA 2:2.2. Valori de referinţă ale vitezei şi presiunii dinamice a vântului
(1)Valoarea de referinţă a vitezei vântului (viteza de referinţă a vântului), vb este viteza caracteristică a vântului mediată pe o durată de 10 minute, determinată la o înălţime de 10 m, independent de direcţia vântului, în câmp deschis (teren de categoria II cu lungimea de rugozitate convenţională, z0 = 0,05 m) şi având o probabilitate de depăşire într-un an de 0,02 (ceea ce corespunde unei valori având intervalul mediu de recurenţă de IMR = 50 ani).
(2)Acţiunea vântului este considerată orizontală şi direcţională. în cazul exprimării direcţionale, valoarea de referinţă a vitezei vântului, vb se înmulţeşte cu un factor direcţional, cdir ce ţine cont de distribuţia valorilor vitezei vântului pe diferite direcţii orizontale. În absenţa unor măsurători direcţionale ale vitezei vântului, factorul direcţional se consideră egal cu 1,0.
(3)Valoarea de referinţă a presiunii dinamice a vântului (presiunea de referinţă a vântului), qb este valoarea caracteristică a presiunii dinamice a vântului calculată cu valoarea de referinţă a vitezei vântului:
(2.1)
în care p este densitatea aerului ce variază în funcţie de altitudine, temperatură, latitudine şi anotimp. Pentru aerul standard (p = 1,25 kg/m3), presiunea de referinţă (exprimată în Pascali) este determinată cu relaţia:
(2.2)
(4)Valorile de referinţă ale presiunii dinamice a vântului în România sunt indicate în harta de zonare din Figura 2.1. în Tabelul A.1 din Anexa A sunt indicate valorile de referinţă ale presiunii dinamice a vântului pentru 337 de localităţi urbane din România.
(5)Harta de zonare a valorilor de referinţă ale presiunii dinamice a vântului din Figura 2.1 este valabilă pentru altitudini mai mici sau egale cu 1000 m. Valoarea de referinţă a presiunii dinamice a vântului pentru un amplasament aflat la o altitudine z mai mare de 1000 m se poate determina cu relaţia (A.1) din Anexa A.
(6)Pentru zonele din sud-vestul Banatului (în care valorile de referinţă ale presiunii dinamice a vântului sunt mai mari sau egale cu 0,7 kPa - vezi Figura 2.1) şi pentru zonele de munte aflate la o altitudine mai mare de 1000 m se recomandă utilizarea de date primare recente înregistrate de Administraţia Naţională de Meteorologie, ANM. De asemenea, în cazul în care este necesară determinarea valorii factorului direcţional cdir se recomandă utilizarea de date primare recente de la ANM.
(7)Valoarea de referinţă a vitezei vântului pentru un amplasament se obţine din valoarea de referinţă a presiunii dinamice a vântului corespunzătoare amplasamentului (luată din harta de zonare din Figura 2.1 sau direct din Tabelul A.1), folosind relaţia (A.3) din Anexa A.
Figura 2.1 Zonarea valorilor de referinţă ale presiunii dinamice a vântului, qb în kPa, având IMR = 50 ani
NOTĂ. Pentru altitudini peste 1000 m valorile presiunii dinamice a vântului se corectează cu relaţia (A.1) din Anexa A.
SECŢIUNEA 3:2.3. Rugozitatea terenului. Valori medii ale vitezei şi presiunii dinamice a vântului
(1)Rugozitatea suprafeţei terenului este modelată aerodinamic de lungimea de rugozitate, z0, exprimată în metri. Aceasta reprezintă o măsura convenţională a mărimii vârtejurilor vântului turbulent la suprafaţa terenului. În Tabelul 2.1 se prezintă clasificarea categoriilor de teren în funcţie de valoarea lungimii de rugozitate, z0.
Tabelul 2.1. Lungimea de rugozitate, r0, în metri, pentru diverse categorii de teren [3]1),2)

Categoria de teren

Descrierea terenului

z0, m

Zmin,

m

0

Mare sau zone costiere expuse vânturilor venind dinspre mare

0,003

1

I

Lacuri sau terenuri plate şi orizontale cu vegetaţie neglijabilă şi fără obstacole

0,01

1

II

Câmp deschis-terenuri cu iarbă şi/sau cu obstacole izolate (copaci, clădiri) aflate la distanţe de cel puţin de 20 de ori înălţimea obstacolului

0,05

2

III

Zone acoperite uniform cu vegetaţie, sau cu clădiri, sau cu obstacole izolate aflate la distanţe de cel mult de 20 de ori înălţimea obstacolului (de ex., sate, terenuri suburbane, păduri)

0,3

5

IV

Zone în care cel puţin 15% din suprafaţă este acoperită cu construcţii având mai mult de 15 m înălţime (de ex., zone urbane)

1,0

10

____
1)Valori mai mici ale lungimii de rugozitate z0 conduc la valori mai mari ale vitezei medii a vântului
2)Pentru încadrarea în categoriile de teren III şi IV, terenurile respective trebuie să se dezvolte pe o distanţă de cel puţin 500 m şi respectiv 800 m în vecinătatea construcţiei.
(2)Variaţia vitezei medii a vântului cu înălţimea deasupra terenului produsă de rugozitatea suprafeţei este reprezentată printr-un profil logaritmic. Viteza medie a vântului, vm(z) la o înălţime z deasupra terenului depinde de rugozitatea terenului şi de viteza de referinţă a vântului, vb (fără a lua în considerare orografia amplasamentului):
(2.3)
unde cr(z) este factorul de rugozitate pentru viteza vântului.
(3)Factorul de rugozitate pentru viteza vântului, cr(z) modelează variaţia vitezei medii a vântului cu înălţimea z deasupra terenului pentru diferite categorii de teren (caracterizate prin lungimea de rugozitate z0) în funcţie de viteza de referinţă a vântului.
unde factorul de teren kr este dat de relaţia
Valorile z0 şi zmin sunt date în Tabelul 2.1. Valorile kr(z0) sunt indicate în Tabelul 2.2.
Tabelul 2.2. Factorii kr(z0) şi kr2(z0)pentru diferite categorii de teren

Categoria de teren

0

I

II

III

IV

kr(z0)

0,155

0,169

0,189

0,214

0,233

kr2(z0)

0,024

0,028

0,036

0,046

0,054

(4)Profilul logaritmic al vitezei este valabil pentru vânturi moderate şi puternice (viteza medie >10 m/s) în atmosferă neutră (unde convecţia termică verticală a aerului poate fi neglijată).
Deşi profilul logaritmic este valabil pe toată înălţimea stratului limită atmosferic, utilizarea sa este recomandată în special pe primii 200 m de la suprafaţa terenului (reprezentând cca. 10% din înălţimea stratului limită atmosferic).
(5)În cazul în care orografia terenului (dealuri izolate, creste) măreşte viteza vântului cu mai mult de 5% faţă de valoarea calculată fără considerarea efectelor orografice (factorul orografic co are valori mai mari ca 1,05), viteza medie calculată cu relaţia (2.3) se înmulţeşte cu factorul orografic co (vezi rel. 2.6). În Anexa B este prezentată o procedură de calcul al factorului orografic co.
Efectele orografiei pot fi neglijate dacă panta medie a terenului din amonte (faţă de direcţia de curgere a aerului) este mai mică de 3°. Terenul din amonte poate fi considerat până la o distanţă egală cu de 10 ori înălţimea elementului orografic izolat.
În cazul în care efectele orografice nu pot fi neglijate, viteza medie a vântului, vm(z) la o înălţime z deasupra terenului se determină cu relaţia:
(2.6)
(6)Dacă clădirea/structura analizată este/va fi amplasată în apropierea unei alte structuri care este de cel puţin două ori mai înaltă decât media înălţimilor structurilor învecinate, atunci aceasta poate fi expusă (în funcţie de geometria structurii) unei viteze sporite a vitezei vântului pentru anumite direcţii ale acestuia. în Anexa B este prezentată o metodă de considerare a acestui efect.
(7)În evaluarea vitezei medii a vântului se poate lua în considerare şi efectul clădirilor învecinate (amplasate la distanţe mici). În Anexa B este prezentată o metodă aproximativă de considerare a acestui efect.
(8)Valoarea medie a presiunii dinamice a vântului, qm(z) la o înălţime z deasupra terenului (fără a lua în considerare orografia amplasamentului) depinde de rugozitatea terenului şi de valoarea de referinţă a presiunii dinamice a vântului, qb, şi se determină cu relaţia:
(2.7)
unde cr2 (z) este factorul de rugozitate pentru presiunea dinamică a vântului.
În cazul în care efectele orografice nu pot fi neglijate, valoarea medie a presiunii dinamice a vântului, qm(z) la o înălţime z deasupra terenului se determină cu relaţia:
(2.8)
(9)Factorul de rugozitate pentru presiunea dinamică a vântului, cr2(z) modelează variaţia presiunii medii a vântului cu înălţimea z deasupra terenului pentru diferite categorii de teren (caracterizate prin lungimea de rugozitate z0) în funcţie de valoarea de referinţă a presiunii dinamice a vântului:
(2.9)
Valorile kr2(z0) pentru cele cinci categorii de teren sunt indicate în Tabelul 2.2.
SECŢIUNEA 4:2.4. Turbulenţa vântului. Valori de vârf ale vitezei şi presiunii dinamice a vântului
(1)Intensitatea turbulenţei vântului, Iv caracterizează fluctuaţiile vitezei instantanee a vântului în jurul vitezei medii. Intensitatea turbulenţei la înălţimea z deasupra terenului se defineşte ca raportul între abaterea standard a fluctuaţiilor vitezei instantanee a vântului, v(z,t) şi viteza medie a vântului la înălţimea z, vm(z):
(2.10)
(2)Intensitatea turbulenţei la înălţimea z se determină cu relaţia:
(3)Valorile factorului de proporţionalitate variaz cu rugozitatea suprafeţei terenului (z0, m) şi pot fi considerate, simplificat, independente de înălţimea z deasupra terenului:
(2.12)
În Tabelul 2.3 sunt date valorile pentru a fi utilizate în relaţia (2.11).
Tabelul 2.3. Valori ale lui în funcţie de categoria de teren

Categoria de teren

0

I

II

III

IV

2,74

2,74

2,66

2,35

2,12

(4)Valoarea de vârf a vitezei vântului, vp(z) la o înălţime z deasupra terenului, produsă de rafalele vântului, se determină cu relaţia:
 (2.13)
unde cpv(z) este factorul de rafală pentru viteza medie a vântului.
(5)Factorul de rafală pentru viteza medie a vântului, cpv(z) la o înălţime z deasupra terenului se defineşte ca raportul dintre valoarea de vârf a vitezei vântului (produsă de rafalele vântului turbulent) şi valoarea medie (mediată pe 10 minute) la înălţimea z a vitezei vântului:
(2.14)
unde g este factorul de vârf a cărui valoare recomandată este g=3,5
(6)Valoarea de vârf a presiunii dinamice a vântului, qp(z) la o înălţime z deasupra terenului, produsă de rafalele vântului, se determină cu relaţia:
(2.15)
(7)Factorul de rafală pentru presiunea dinamică medie a vântului, cpq(z) la înălţimea z deasupra terenului se defineşte ca raportul dintre valoarea de vârf a presiunii dinamice a vântului (produsă de rafalele vântului) şi valoarea medie a presiunii dinamice a vântului (produsă de viteza medie a vântului) la înălţimea z, respectiv:
(2.16)
(8)Valoarea de vârf a presiunii dinamice a vântului, qp(z) la o înălţime z deasupra terenului poate fi exprimată în funcţie de valoarea de referinţă a presiunii dinamice a vântului, qb (la 10 m, în câmp deschis - teren de categoria II):
(2.17)
(9)Factorul de expunere (sau combinat), ce(z) se defineşte ca produsul dintre factorul de rafală, cpq(z) şi factorul de rugozitate, cr2(z):
(2.18)
Variaţia factorului de expunere este reprezentată, pentru diferite categorii de teren, în Figura 2.2.
(10)În cazul în care efectele orografice nu pot fi neglijate, factorul de expunere, ce(z) ia în considerare şi factorul c02 (vezi relaţia 2.8) astfel:
(2.19)
(11)Din relaţiile (2.17) şi (2.18), valoarea de vârf a presiunii dinamice a vântului la o înălţime z deasupra terenului, qp(z) se poate exprima sintetic în funcţie de factorul de expunere, ce(z) şi de valoarea de referinţă a presiunii dinamice a vântului, qb:
Fig. 2.2 Factorul de expunere, ce(z)