Edificando Online: A Ação do Vento em Edificações

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Na sua opinião, qual destas construções, a romana ou a atual deve sofrer maior ação dos ventos?

Breve Histórico

Os estudos iniciais da ação dinâmica do vento em edificações são do final do século XIX, quando Kernot e Mann (1891 a 1894) desenvolveram uma série de pesquisas experimentais em túnel de vento sobre pequenos modelos de cubo, pirâmides, cones, cilindros, etc.

Eiffel fez seus primeiros ensaios no final do século XIX na Torre Eiffel. Deixava seus modelos caírem em queda livre, com um cabo-guia, de uma altura de cerca de 116 m. A partir da chamada “velocidade final” calculava a força de arrasto no modelo.

Mas foi o caso clássico do colapso da Ponte de Tacoma Narrows em 1940 um dos mais importantes acontecimentos que serviu de estímulo para o desenvolvimento desse campo de pesquisa para a engenharia civil.

Como o vento é tratado hoje em dia

Cada vez mais, o assunto Edifícios Altos tem ganhado destaque no âmbito da EngenhariaCivil, uma vez que otimizam espaços e são uma solução para a explosão demográfica nas grandescidades. Ano após ano, edifícios cada vez maiores têm sido construídos, incorporando tecnologiasavançadas e técnicas modernas de construção e de projeto.Na esteira dessa evolução, muitos problemas foram surgindo e sendo solucionados, namedida em que se tornavam impeditivos ao avanço para o alto.

Os primeiros edifícios do século XIX eram construídos em alvenaria, com paredes grossas, sendo extremamente rígidos. Na medida em que subiam, foram impondo a necessidade de paredes cada vez mais robustas, de maneira que os andares inferiores acabavam por ter suas áreas úteis prejudicadas. O aço, o concreto armado e o concreto de alto desempenho – matérias alternativos na época – foram, então, sendo incorporados ao contexto construtivo.

Com o passar dos anos, outros materiais surgiram, levando a uma redução cada vez mais fachadas leves atuando apenas como tapamento sem contribuição para a resistência e rigidez do conjunto, levaram a edificações mais esbeltas, flexíveis e leves, com amortecimento reduzido. A maior confiança nos métodos de cálculo e nos materiais utilizados contribuiu, ainda, para a redução dos altos coeficientes de segurança utilizados, que camuflavam os efeitos dinâmicos.

Com estas mudanças nos conceitos estruturais, os efeitos dinâmicos do vento começaram a ser sentidos. Sendo assim, um número crescente de casos em que as respostas induzidas pelo vento tornavam-se importantes foi aparecendo.
Até meados dos anos 60, as considerações no projeto estrutural das forças devidas ao vento estáticos, desconsiderando totalmente as características mecânicas e estruturais das edificações, como sua rigidez, seu fator de amortecimento e sua distribuição de massas.

Atualmente, muitas normas de projeto já contemplam procedimentos para a previsão das respostas dinâmicas. Podem-se citar como exemplos a NBR-6123/88 no Brasil, o NBCC/85 no Canadá e o AS1170.2-1989 na Austrália, que estipulam, entre outras coisas, que estruturas com freqüência natural de 1 Hz ou menos devem ser projetadas através de análise dinâmica.

Métodos analíticos alternativos aos procedimentos normalizados têm sido elaborados por diversos pesquisadores, bem como programas computacionais que incorporam alguns deles, a exemplo do SkyDyFe, desenvolvido por van Oosterhout (1996). Porém, a perfeita modelagem analítica das interações vento-estrutura é matematicamente impraticável e, desta forma, aproximações acabam sendo feitas.

Em geral, os métodos analíticos, normalizados ou não, superestimam o valor da resposta, favorecendo a segurança; em contrapartida prejudicam as incorporações, na medida em qu imprimem custos maiores de construção.

Cada vez mais, as estimativas das respostas dinâmicas de edifícios altos frente à ação dos ventos têm sido obtidas com o auxílio de ensaios em túneis de vento, em detrimento dos processos analíticos.

Desta forma é possível que se obtenha uma previsão mais apurada dos carregamentos, resultando numa racionalização da estrutura, com conseqüente redução nos custos de produção.

Um dos primeiros ensaios em túnel de vento aplicados à engenharia civil data de meados da década de 60, em decorrência do projeto do World Trade Center, em Nova Iorque (1972), sendo considerado um divisor de águas. Desde então, diversos edifícios altos vêm sendo projetados com o seu auxílio, tais como o Sears Towers em Chigaco (1974) e as duas torres gêmeas Petronas em Kuala Lumpur (1998). Porém, estudos teóricos e experimentais aerodinâmicos têm sido conduzidos desde o início do século XIX, ganhando força maior por volta de 1930, época na qual a construção dos arranha-céus deu um salto considerável.

Estas técnicas têm evoluído de maneira veloz e consistente nos últimos anos, após os estudos pioneiros de alguns pesquisadores, citando-se Davenport como exemplo. Destaque à Modelagem Aeroelástica tem sido dado de maneira intensa e diversos dispositivos têm sido desenvolvidos e utilizados em estudos de edifícios altos.

Entretanto, ainda há muito espaço para pesquisa e desenvolvimento, num campo de extrema importância para a manutenção da segurança e bem–estar dos usuários de um dos mais desafiadores frutos da Engenharia Civil, os edifício altos.

Para um projeto:

Uma das principais inovações introduzidas pela ABNT NBR 6118:2003 diz respeito às exigências para garantir que, independentemente da estrutura projetada, seja alcançada a vida útil prevista, para o ambiente existente, com a manutenção preventiva especificada, dentro das condições de carregamento impostas. Essas exigências devem ser adotadas de comum acordo e referendadas pelo Proprietário ou por Preposto por ele indicado.

É muito importante identificar o grau de agressividade do ambiente, onde a estrutura será implantada , a fim de fixarmos a qualidade do concreto de cobrimento que deverá ser utilizado e também os cobrimentos mínimos a serem adotados para garantir o perfeita proteção das armaduras ao longo do tempo.

Vento

Mapa de Isopletas do Brasil - Curvas de vento de mesma velocidade.

O vento é a principal carga incidental que age sobre as construções. Portanto, seu efeito em edifícios deve ser sempre considerado, devendo o mesmo ser avaliado desde o início da concepção da estrutura.

Para a velocidade básica (Vo) devem ser adotados valores iguais ou superiores aos das velocidades de estabelecidas no gráfico de isopletas no Brasil que consta na norma ABNT NBR 6123:1988 – “Forças devido ao vento em edificações – Procedimento”. Devem ser cuidadosamente determinados:

- O fator topográfico;
- O fator de rugosidade, dimensões da edificação e altura do terreno;
- O fator estatístico;
- Os coeficientes de arrasto em vento de baixa ou alta turbulência.

Como a norma salienta, nos casos de dúvida e em obras de excepcional importância, o projetista da estrutura deve fazer um estudo específico de velocidade e obtenção dos coeficientes de força.