Atividade de Pesquisa Operacional

AED 1

Tema: Ação dos ventos nas edificações.

Ao longo da evolução, a humanidade se expandiu por novos territórios, aumentando seu conhecimento, e desenvolvendo-o em novas áreas. Na engenharia civil, técnicas, linguagens, materiais e conceitos sofreram mudanças significativas no decorrer do tempo, e dessa forma as construções se tornaram cada vez mais complexas. Porém, devido à proporção que os edifícios possuem, surgem novos desafios aos projetistas estruturais, e um deles, é em função de um fenômeno meteorológico, que é o comportamento da estrutura sob ação de cargas vento. De maneira simplificada, podemos definir o vento como o movimento das massas de ar decorrente das diferenças e pressões na atmosfera.

O vento é definido como a movimentação de uma massa de ar que é causado pelas variações de pressão e temperatura, ele varia seu comportamento de acordo com o local, e exerce nas construções, de forma contínua ou não, e diversificada, forças de pressão e sucção. No Brasil, é utilizada NBR 6123 (ABNT, 1988) – “Forças devidas ao vento em edificações”, ela trata de condições para forças à ação estática e dinâmica do vento em construções.

Erros em construções são bastante comuns, sejam eles arquitetônicos, estruturais, hidráulicos ou elétricos. Todavia, por falta de planejamento esses erros causam acidentes, e em relação ao vento, as consequências desses erros são, usualmente severas. Gonçalves et al. (2004), comenta que os acidentes causados por aerodinâmica estão relacionados a pequenos danos, porém, quando ocorre algo mais severo como a ruina total da estrutura, são em decorrência de somatórias de erros, por exemplo, erros de projeto, de execução, de qualidade de material empregado, e de avaliação nas cargas das rajadas.

É um conceito quase que intuitivo ao se admitir que o ar, considerado como um fluido em movimento, ao encontrar um obstáculo exercerá uma ação sobre o mesmo. Na engenharia civil, o estudo de ação do vento pode ser então norteado, em uma primeira análise, com base na consideração de qual seria o efeito destas forças sobre as edificações.  

Pode-se também definir o vento como um fluxo de ar médio sobreposto a flutuações de fluxo, determinadas rajadas (ou turbulências). As rajadas apresentam um valor de velocidade do ar superior à média, e são responsáveis pelas "forças" que irão atuar nas edificações. Cabe aqui salientar também o caráter aleatório do vento quanto a sua intensidade, duração, direção e sentido, o qual deverá ser considerado na determinação das forças (ações) que irão produzir solicitações nas edificações.

Seguintes aspectos:

 • Circulação global:  o aquecimento diferenciado entre a região equatorial e os pólos, faz com que massas de ar frio (mais densas) se desloquem em direção ao equador, pois o ar desta região (menos denso) sobe. Associado a rotações da Terra, a qual influirá na movimentação destas massas de ar, tem-se o que se classifica como "circulação global".

• Frente fria: resumidamente, pode-se dizer que é a movimentações da massa de ar frio sob a de ar quente. Este deslocamento é caracterizado por fortes zonas de instabilidade, provocando chuvas na região de superfície frontal. O vento, para esse tipo de movimentação, pode atingir velocidades de até 30m/s (108km/h).

• Frente Quente: resumidamente, pode-se dizer que é o movimento da massa de ar quente sobre a de ar frio. Este deslocamento é mais estável quando comparado àquele referente à frente fria, tendo como consequência uma velocidade do vento de intensidade menor.

•Tempestade tropical: caracteriza-se pela formação de uma célula (nuvem) convectiva, seguida do seu desenvolvimento por meio da entrada de umidade e calor. Após o desenvolvimento da nuvem, processa-se o crescimento vertical, quando então sua altura chega a atingir até 12 km, seguido do movimento externo da massa de ar frio e iniciando assim as precipitações. O colapso do topo da nuvem, associado a seu deslocamento, dependendo das condições de pressão e temperatura, pode produzir velocidades do ar superiores a 30 m/s (108 km/h).

A sensibilidade de cada pessoa quanto à natureza que nos cerca já permite dizer que a velocidade do vento é responsável por vários efeitos danosos em edificações. Portanto, os ventos fortes são os de maior interesse na engenharia de estruturas, e a rugosidade do terreno, os obstáculos naturais e artificiais serão objetos de considerações para determinar tal velocidade. É até comum a ruina parcial ou total de edificações (casas, torres, silos, caixilhos, etc.), devido a ação do vento. Muitas vezes somos surpreendidos por notícias de tais eventos. A supressa talvez seja decorrente da pouca atenção que o ser humano dedica aos vários aspectos da natureza, e em particular, ao ar.

O comportamento do vento é em geral turbulento, composto de diversos redemoinhos, de diferentes tamanhos e características rotacionais. Estas características fazem com que o vento apresente variações bruscas de velocidade, denominadas rajadas. A variação de velocidade gradual, que ocorre ao longo de grandes períodos em função dos diferentes ciclos de energia solar não afeta consideravelmente as estruturas. Os picos de velocidade, que ocorrem em períodos curtos, por causa das rajadas, são importantes para a análise estrutural. Uma característica que dificulta a análise das cargas de vento é a velocidade da sua aplicação na estrutura, pois, em geral, considera-se que as sobrecargas aumentam lentamente, o que permite uma análise estática ou quase estática da estrutura. Já as cargas de vento variam de forma suficientemente rápida, provocando deslocamentos maiores que se considerarmos uma variação gradual, em virtude dos efeitos inerciais.

Em um sistema estrutural de uma edificação, consideramos primeiramente, como transferir aos apoios, as cargas mortas, como o peso próprio da estrutura, e também as cargas acidentais, tais como cargas de serviço ou de sobrecarga. Porém fatores ambientais, como os ventos, são capazes de desestruturar os elementos de transmissão de cargas de gravidade. Os ventos ocasionam um carregamento dinâmico, entretanto podem ser analisados como cargas estáticas equivalentes, e geralmente tem mudanças rápidas em fatores de magnitude e ponto de aplicação, e também o efeito da sua carga se intensifica à medida que a altura aumenta.

A maioria dos acidentes ocorre em construções leves, principalmente de grandes vãos livres, tais como hangares, pavilhões de feiras e de exposições, pavilhões industriais, coberturas de estádios, ginásios cobertos. As principais causas dos acidentes devidos ao vento são:

a) falta de ancoragem de terças;

b) contraventamento insuficiente de estruturas de cobertura;

c) fundações inadequadas;

d) paredes inadequadas;

e) deformabilidade excessiva da edificação

Figuras que ilustram danos causados pela ação do vento em edificações: