Ensaios de cargas de vento

Projetado para ensaios estáticos e dinâmicos de modelos de construções civis, o túnel de vento do Laboratório de Aerodinâmica das Construções, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, serve de base para a aplicação da NBR 6.123 - Forças Devidas ao Vento em Edificações.

O túnel possui duas câmaras para ensaios em modelos reduzidos de prédios,

pontes, torres e outros tipos de edificações

Alguns dos principais edifícios implantados em São Paulo tiveram modelos reduzidos testados no túnel de vento de retorno fechado do Laboratório de Aerodinâmica das Construções (LAC). Entre eles, o recém-concluído E-Tower, o Birmann 21, a sede do Citibank e o Plaza Centenário. O equipamento permite a simulação das mais importantes características de ventos naturais e suas cargas de pressão e sucção sobre a fachada e a estrutura das edificações.

Modelo reduzido do edifício Brascan Century Staybridge Suites no interior do túnel de vento. Medidas da velocidade do vento, no nível térreo, para condições de conforto de pedestres.

Escala do modelo: 1/350

O Laboratório de Aerodinâmica das Construções reúne profissionais que aplicam seu conhecimento a uma ampla gama de questões relacionadas à ação e aos efeitos do vento. Desenvolve atividades em aplicações industriais, pesquisa e ensino em engenharia do vento desde a década de 1970 - é pioneiro, nessa área, na América Latina -, além de servir de base para a NBR 6.123 (Forças Devidas ao Vento em Edificações). Sua equipe, que tem como diretor Acir Mercio Loredo-Souza, é composta de professores, engenheiros e técnicos.

Com 21,38 metros de comprimento, o equipamento possui duas câmaras, que permitem a realização de ensaios em modelos reduzidos de edifícios, pontes, torres, além de diversos tipos de edificações e outros estudos. A primeira câmara mede 1,30 metro de largura e 0,90 metro de altura; a segunda tem 2,50 metros de largura e 2,10 metros de altura. A velocidade máxima do escoamento de ar no túnel de vento é de 42 m/s (150 km/h). Porém, esse número pode representar um valor real bem maior ou menor, dependendo do tipo e da escala do estudo a ser feito. As hélices do ventilador são acionadas por um motor elétrico de 100 HP e a velocidade do escoamento pode ser controlada por meio de inversor de freqüência ou aletas radiais metálicas, que obstruem a passagem do ar.

Áreas de estudos

Segundo o professor Loredo-Souza, o túnel (cuja denominação homenageia o professor Joaquim Blessmann) é versátil e garante alto padrão de qualidade na simulação de ventos naturais e de ensaios em modelos reduzidos. O LAC vem diversificando sua linha de atuação, tendo aplicado o conhecimento de sua equipe nas seguintes áreas de estudo:

• efeitos estáticos e dinâmicos do vento em edificações;
• efeitos do vento em estruturas especiais - pontes, torres, chaminés, linhas de transmissão, estruturas flexíveis;
• impactos sobre o meio ambiente e estudos climáticos - poluição atmosférica, climatização e ventilação, agricultura, energia eólica, dispersão de poluentes, influência de topografia de larga escala nas características dos ventos, efeitos de diferentes tipos de ventos (tormentas elétricas, tornados etc.).

O efeito das cargas de vento em edificações é um dos ensaios mais significativos aplicados pelo LAC, tendo por base a NBR 6.123. Ele permite a realização de:

• prognósticos de pressões, tensões, deformações, deslocamentos e características das vibrações;
• avaliação de requisitos estruturais para a otimização de projetos na resistência às forças do vento;
• influência do vento em ventilação e climatização de edificações;
• monitoramento da resposta do vento em estruturas reais.

Ensaios em edifícios

O LAC está vinculado ao Departamento de Engenharia Civil e ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da UFRGS, mas interage com diversos outros setores internos e externos. Os ensaios são aplicados em modelos reduzidos, em atendimento às exigências da NBR 6.123, que, em seu capítulo 1 (Objetivo), item 1.2, define: “Esta norma não se aplica a edificações de formas, dimensões ou localização fora do comum, casos esses em que estudos especiais devem ser feitos para determinar as forças atuantes do vento e seus efeitos. Resultados experimentais, obtidos em túnel de vento, com simulação das principais características do vento natural, podem ser usados em substituição do recurso aos coeficientes constantes desta norma”.

Para a realização dos ensaios, a equipe do LAC recebe as plantas dos prédios, geralmente criadas no programa CAD, analisa o projeto e decide qual tipo de estudo é necessário. A partir daí, é projetado o modelo reduzido a ser utilizado. Para edifícios, o modelo pode ser rígido, somente reproduzindo a forma arquitetônica, ou flexível, com as características da massa, da rigidez e do amortecimento da estrutura real. A escolha depende da flexibilidade estrutural da edificação. Os modelos, ao longo de sua construção, são aparelhados com sensores para medir pressões, deslocamentos, velocidades e acelerações.

Uma vez construído e aparelhado, o modelo é colocado em uma das câmaras de ensaio do túnel, preparada para simular os tipos específicos de vento da região onde a edificação será construída. “Essa simulação é fundamental para que os resultados dos ensaios tenham aplicação prática”, afirma Loredo-Souza. Para essa finalidade, são colocados elementos no piso e no início da câmara, especialmente dimensionados para gerar as principais características dos ventos naturais da localidade. O modelo é submetido a esses ventos, com deslocamento em 360 graus, para simular todas as direções de incidência. Os resultados são analisados com o objetivo de fornecer subsídios para o projeto completo das edificações.

Circuito aerodinâmico do Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, Laboratório de Aerodinâmica das Construções/UFRGS (dimensões em centímetros)

Confiabilidade

Não existem recomendações para ensaios de edifícios a partir de determinada altura. “O problema é a dificuldade que os projetistas têm para estimar os carregamentos devidos ao vento, especialmente em formas arquitetônicas que não constam das normas”, afirma Loredo-Souza. Nesses casos, o túnel de vento torna-se poderosa ferramenta de projeto, propiciando o conhecimento mais seguro dessa ocorrência.

O carregamento devido ao vento é determinado especificamente para uma edificação. Isso aumenta a confiabilidade dos resultados, evitando subdimensionamento da estrutura e dos materiais de revestimento. Ao mesmo tempo, tem grande impacto na economia do empreendimento, pois evita o superdimensionamento. “O túnel de vento otimiza o projeto em termos de segurança e economia”, diz Loredo-Souza.


Texto resumido a partir de reportagem
de Cida Paiva
Publicada originalmente em FINESTRA
Edição 44 Janeiro de 2006