AÇÃO DOS VENTOS NAS ESTRUTURAS
UFJF | FAU | ESTRUTURAS VI | PROF. MIGUEL PIMENTA AUGUSTO BRANDÃO, GLAUCY HERDY E JULIANA AQUINO
DADOS REFERENCIAIS
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Antigamente, devido à falta de cálculos e de materiais disponíveis, para que uma edificação conseguisse vencer maiores esforços, a solução comumente adotada era o aumento da espessura das paredes, gerando paredes chegando a 2m de largura. A partir do século XIX foram incorporados o aço e o concreto nas construções, que permitiram que os edifícios aumentassem em altura mas diminuíssem em esbeltez. Até meados da década de 1960, eram considerados apenas ventos estáticos para efeito de cálculos estruturais. Atualmente, muitas normas de projeto contemplam a previsão das respostas dinâmicas aos ventos, sendo no Brasil a NBR 6123/88 - Forças devidas ao vento em edificações. A análise dos ventos têm avançado muito nos últimos anos, onde laboratórios fazem análises físicas através de maquetes, ou programas de computador (ex: SkyDyFe) reproduzem a situação num modelo virtual. (PET Civil UFJF, 2010)
SOBRE OS VENTOS
O vento pode ser definido como o movimento de uma massa de ar devido às variações de temperatura e pressão. Se um corpo é colocado no fluxo do vento, e ocorre a alteração da sua trajetória, é porque houve uma interação de forças entre a massa de ar e a superfície do corpo. (LEÃO e ARAGÃO, 2013)
Pode-se mostrar que essa pressão de interação é função da forma e rugosidade do obstáculo (edifício), e do ângulo de incidência e velocidade do vento.
EFEITOS DOS VENTOS
Fonte:https://petcivilufjf.files. wordpress. com/2010/11/wind_fig1.jpg?w=560 - Acesso em 27/06/2016
Ventos densos na costa da Florida, permitindo a visualização de sua trajetória em torno dos edifícios.
EFEITOS DOS VENTOS
O vento exerce pressões e sucções nas edificações, de forma variada, contínua ou intermitente, causando efeitos indesejáveis.
Fonte Acesso em 27/06/2016
Vento barlavento: Produz um esforço de pressão sobre o componente, empurrando-o na direção e sentido do vento.
Fonte . Acesso em 27/06/2016
EFEITOS DOS VENTOS
Vento paralelo: Produz um esforço de sucção vertical sobre o componente, puxando-o na direção perpendicular ao do vento.
Fonte . Acesso em 27/06/2016
Vento a sotavento: Produz um esforço de sucção sobre o componente, puxando-o na direção e sentido do vento.
Fonte . Acesso em 27/06/2016
EFEITOS DOS VENTOS
Vento com pressão interna: Produz um esforço de pressão sobre o componente, empurrando-o na direção e sentido do vento e na direção perpendicular ao do vento
Fonte . Acesso em 27/06/2016
Vento com sucção interna: Produz um esforço de sucção sobre o componente, puxando-o na direção e sentido do vento e na direção perpendicular ao do vento
Fonte . Acesso em 27/06/2016
EFEITOS DOS VENTOS
Combinações: O Projetista da estrutura deve analisar todas as combinações possíveis, externas e internas, de ação do vento e estudar também os condicionantes da região como a topografia do terreno, a existência de obstáculos e prédios que possam aumentar a força dos ventos, levar em consideração que portas e janelas podem se romper sob a ação do vento e criar ventos internos e também tentar adivinhar que tipo de reformas serão realizadas no futuro abrindo novas portas e janelas ou fechando-as. Uma simples depressão no terreno poderá ocasionar uma concentração do fluxo do vento, aumentando a carga de vento que atua sobre uma parede a barlavento: Fonte . Acesso em 27/06/2016
TURBULÊNCIA
Vento não turbulento: ausência de obstruções (ou poucas). Vento turbulento: normalmente em grandes cidades. Vento turbulento se: H ≤ 2 hmédia
dmin = 500 m para H até 40m 1000 m para H até 55m 2000 m para H até 70m 3000 m para H até 80m
Fonte:http://coral.ufsm.br/decc/ECC1008/Downloads/Aula_Horizontais.pdf - Acesso em 27/06/2016
NORMA E SOLUÇÕES
A norma NBR 6123 | 88, permite um modelo simplificado de verificação para prédios de até 150m de altura. No caso de edifícios com desenho arquitetônico diferenciado ou com alturas mais elevadas, é necessário recorrer a modelos mais complexos - ou, preferencialmente, a ensaios em túnel de vento.
A frequência natural é diretamente proporcional a raiz quadrada da rigidez e inversamente proporcional à raiz quadrada da massa. Em termos menos matemáticos, isso quer dizer que,
quanto maior a massa do prédio, menor será a frequência; e quanto menor for a rigidez, menor será a frequência.
Ensaio túnel de vento do estádio do Morumbi - SP.
“Edifícios altos funcionam como grandes parabrisas: o vento bate e desce com velocidade, criando rajadas no térreo. Muitas vezes, estudos são necessários para que se avalie a possibilidade de criar anteparos ou marquises”.
SOLUÇÕES
O travamento do edifício é assegurado com a instalação de pilares nas periferias, em sistema de pórticos, conectados ao núcleo central por meio de vigas perpendiculares.
PÓRTICOS
“Os pórticos geram cargas mais comportadas e fáceis de absorver na fundação. Já o pilar-parede resulta em uma fundação que concentra mais esforços em poucos pontos”.
PILARES-PAREDE
Os pilares-parede organizam-se geralmente em torno de um núcleo rígido de concreto, em formato de U ou em anel completo. Dependendo do projeto, podem se distribuir em dois ou mais pontos diferentes. “Os pilares descem até a fundação para trazer as cargas verticais, não tendo função de estabilidade”.
SOLUÇÕES
TECNOLOGIA AVANÇADA
O amortecedor da massa (ou damper, em inglês) é uma grande esfera metálica, muito pesada. Quando os ventos fazem o edifício oscilar, o pêndulo se movimenta em sentido contrário. Sua oscilação é controlada por dispositivos magnéticos, de forma a amplificar o efeito de amortecimento.
Fonte:Revista Techne edição 224 - Acesso em 27/06/2016 Fonte:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7c/Taipei_101_Tuned_Mass_Damper_2010. jpg/1024px-Taipei_101_Tuned_Mass_Damper_2010.jpg - Ultimo Acesso em 27/06/2016
SOLUÇÕES
MATERIAIS
Nas fachadas dos edifícios altos, utilizam-se tanto revestimentos aderidos quanto os não-aderidos. Em edifícios comerciais de elevada estatura, o mais comum é lançar mão de fachadas unitizadas. “É uma forma de criar pré-fabricação da fachada e fechamento mais acelerado. Além disso, trata-se de sistema muito flexível, que pode ser dimensionanado em função do desenho do edifício”.
É possível trabalhar com perfil mais robusto na fachada que recebe mais ventos e utilizar perfis menos robustos nas outras. Fonte:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7c/Taipei_101_Tuned_Mass_Damper_2010. jpg/1024px-Taipei_101_Tuned_Mass_Damper_2010.jpg - Ultimo Acesso em 27/06/2016
SOLUÇÕES
VIDROS
O mesmo vale para os vidros: andares superiores podem exigir vidro laminado de 14mm ou 16mm....
enquanto os de baixo podem utilizar vidros de 12mm de espessura.
EXEMPLOS
ONE WORLD TRADE CENTER - NY -
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altura total 541m o ensaio de túnel de vento levou em consideração diversas condições de entorno, como e sem os demais edifícios do complexo, que seriam executados posteriormente resistência de concreto variável entre 55 e 96MPa
“Estrutura híbrida, composta por um núcleo robusto de concreto, lajes steel deck e estruturas metálicas periféricas”
EXEMPLOS
TOUR GENÈVE - João Pessoa -
50 pavimentos: ~200m de altura área comercial, residencial e empresarial 25m de altura em relação ao nível do mar cargas de ventos consideráveis, exigiu ensaio de túnel de vento
“Estrutura inteiramente em pilares, vigas e lajes de concreto armado. Nas fundações, estacas escavadas e blocos de coroamento de grande volume.”
EXEMPLOS
EZ TOWERS - São Paulo -
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150m de altura edifício a medida que ganha altura, e foram um desafio pois provocam um deslocamento do centro de gravidade A posição de 90° das duas torres entre si causam efeito de turbilhonamento dos ventos um sobre o outro, com intensificação nos andares superiores.
“O projeto estrutural previu um núcleo rígido de concreto, aproveitando poço do elevador e escadas. Para dar conta de vãos de até 17 m nos pavimentos, foram projetadas vigas de concreto protendido com bainha cheia.”
OBRIGADA!
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PET Civil UFJF. Ação dos ventos em edificações - Parte 1. Blog do Pet Civil. 30 de Novembro de 2010. Disponível em . Acesso em 27/06/2016. LEÃO, Marcelo Cel.; ARAGÃO, Moniz Maj. Estruturas Metálicas: Forças devido ao vento em edificações. Slide de aula turma IME, 2013. Disponível em . Acesso em 27/06/2016. Revista Téchne. Editora Pini. Edição 224, novembro de 2015. Acesso em 27/06/2016 WATANABE. Ação dos ventos nas edificações. Disponível em . Acesso em 28/06/2016.
