Os ventos e a sua influência nas estruturas metálicas de sustentação

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ARTIGO ORIGINAL

SANTOS, Alano Portela Andrade [1], JUNIOR, André Luiz Santiago Nery [2], SOUSA, Bruna Botelho [3], CAMPOS, Natália Nascimento [4], NETO, Valdemar Alves Teixeira [5], RAMOS, Wiliam Oliveira [6], NASCIMENTO, Rudgero Oliveira Do [7]

SANTOS, Alano Portela Andrade. Os ventos e a sua influência nas estruturas metálicas de sustentação. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 05, Ed. 04, Vol. 02, pp. 112-121. Abril de 2020. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-civil/ventos-e-a-sua-influencia

RESUMO

Em todo o mundo há uma discussão enorme sobre as demandas de mercado na construção civil. Deste modo, a inserção de modelos de estruturas que sejam mais modernos e sustentáveis são fomentadas por trazer diversas vantagens para a Engenharia.  Assim, é pertinente enfatizar as estruturas metálicas como sistemas inovadores, que adicionam diversas vantagens na tecnologia construtiva e trazendo melhorias aos projetos de engenharia e arquitetura também no Brasil. Assim, este estudo faz uma abordagem literária sobre a influência dos ventos e altitude em construções em que é implementado estruturas metálicas de sustentação. Para isso a metodologia selecionada foi bibliográfica de seleção de estudos sobre o tema publicados entre os anos de 2000 a 2019, levando em consideração ainda normas da ABNT datadas de 1988 até 2004. Assim, esse estudo destaca que a determinação das velocidades, pressões e esforços relacionados com as ações do vento envolvem dificuldades práticas que impõem limitações às abordagens estritamente teóricas e depende muito da prática.

Palavras-chave: Altitude, engenharia, estruturas metálicas, interferência, ventos.

1. INTRODUÇÃO

O homem, através dos tempos, buscou explorar de forma sistemática os recursos existentes e com essa exploração os recursos naturais foram diminuindo e surgiu a preocupação com a sustentabilidade destes recursos, por serem importantes e essenciais a sobrevivência do homem na Terra e para garantir uma qualidade de vida as gerações presentes e futuras.

Diante desta situação, a sociedade moderna tem se dedicado nos últimos tempos a exploração e implementação de materiais considerados mais eficientes, limpos e renováveis para efetivar o uso sustentável. Diante desta situação salienta-se que o vento gerar danos e seu estudo dinâmico é de grande importância para a segurança e conforto de quem utiliza tais materiais.

É válido destacar que o uso de estruturas metálicas foi inserido no mercado da construção civil a partir do século XIX, onde o material usado era o ferro fundido que com os aperfeiçoamentos para os tempos modernos, passou a ser usual o aço, por ter características bem definidas no que diz respeito ás vantagens trazidas para a construção (BANDEIRA, 2008).

A discussão presente se dá pelo motivo de que embora haja construções que utilizam as estruturas metálicas, no Brasil, para construção ainda há pouca familiaridade no uso destas, e percebe-se que muitos engenheiros e construtores não sabem aproveitar as vantagens advindas deste material quando comparado a outras estruturas tradicionais.  Conforme dita Nakamura (2006) o mercado sai perdendo com a ausência de construções de estruturas metálicas, pois este tipo de estrutura gera um desenvolvimento do sistema que é obstado pela falta de conhecimento acerca das particularidades da construção em aço.

Assim, a partir da análise feita em estudos que tratam sobre o uso de estruturas metálicas, buscou-se averiguar a influência de ventos e altitude nestas estruturas, destacando as vantagens e desvantagens da aplicação de estruturas em aço que são mais usadas, demonstrando o quão é fundamental para a engenharia, deste modo, sendo percebido e avaliado se este material traz uma melhor qualidade, celeridade ao processo de construção, segurança, sustentabilidade, entre outras vantagens percebidas na construção civil.

Nota-se que em muitos casos há falta de estudo e de pesquisa que afetam o conhecimento dos profissionais da área que não se arriscam em usar meios e estruturas que não conhecem, e ficam obsoletos, mantendo sua forma de construir tradicional, podendo perder com sistemas mais vantajosos que poderiam ser incorporados em seu projeto, e existem normas e meios que corroboram para amenizar problemas que podem advir da ação dos ventos em edificações e estruturas.

Baseando-se nessa questão, e pautando-se em uma revisão de literatura sobre o assunto, este estudo tem por objetivo geral: fazer uma abordagem literária sobre a influência dos ventos e altitude em construções em que são usadas estruturas metálicas de sustentação.

Diante disso, é justificável discutir esta demanda, já que se faltam trabalhos sobre o uso de estruturas metálicas e influência dos ventos em materiais de sustentação e sua aplicação na engenharia, e por isso, este  estudo busca analisar todo arcabouço teórico sobre a temática abordada, elucidando esta demanda e enfatizando a possibilidade de uso de estruturas metálicas, já que estas trazem efeitos positivos em para a construção civil.

2. OS VENTOS E SUA INFLUÊNCIA NAS ESTRUTURAS METÁLICAS DE SUSTENTAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

O IBS – Instituto Brasileiro de Siderurgia, na Construção Civil responde por 27% do consumo de aço no País, representando 13% da necessidade brasileira. Muitas construtores justificam o não uso de estruturas metálicas no fato de que esse setor não iria atender a demanda, fato esse contestado pelas altas perspectivas de crescimento na Construção Metálica, no qual houve grandes investimentos trazendo uma forte infraestrutura, aliada a incentivos públicos para que esse mercado crescesse. Deste modo conforme a Escola de engenharia Civil (2010) há um prognóstico de crescimento deste setor para atender as demandas nacionais.

Assim, vale salientar que as estruturas metálicas são tidas como um tipo de material usado na construção civil, que são feitas de material metálico (aço) e que se propõem a trazer mais vantagens do que outras estruturas tradicionais. Sendo de fato mais eficientes e garantindo vantagens na construção civil, modernizando o sistema atual de construção (SANTOS, 2012).

Shige (2005) trata que o uso de estruturas metálicas no Brasil ainda é muito inferior quando comparado a outros países do mundo onde o uso do aço já é difundido e suas vantagens são aproveitadas na construção civil sempre que possível. Em países mais desenvolvidos a proporção do uso de aço em construção é de 30 kg por habitante, enquanto no Brasil, estudos demonstram que a média é de 3 kg, tanta discrepância se dá pela falta de informação dos responsáveis pelo uso destas técnicas neste país.

Outro fator que corrobora para isso é que a indústria siderúrgica não poderia atender a demanda que seria necessária para implementar tantas construções com estruturas metálicas, mas tal situação mudou e a oferta de aço no Brasil já é vultuosa, e o investimento neste setor só faz crescer tais utilizações (SALES et al., 2001).

A estrutura metálica é, portanto, uma tecnologia moderna que precisa estar aplicada de forma correta, necessitando de estudos dos engenheiros e construtores para aplicar todas potencialidades deste sistema. Para isso deve-se saber adequar as estruturas a cada tipo de projeto, fazendo todos os ajustes necessários de modo a trazer vantagens com o uso deste tipo de estrutura (VIEIRA et al., 2010).

É necessário que os técnicos e construtores estejam bem informados sobre ás estruturas metálicas pois nos dias atuais é preciso ampliar a sua implementação devido as diversas vantagens que estas estruturas trazem em comparação a outras mais tradicionais que são muito usadas.

Por isso busca-se implementar o estudo a partir das normas técnicas brasileiras que tratam sobre o uso de estruturas de aço e mistas, levando-se em consideração às questões relativas a proteção e o cuidado contra incêndio (NBR 14323, 1999), vez que se este tipo de material tem suas peculiaridades que precisam ser respeitadas. Tal demanda vale a pena já que são estruturas que não sofrem de colapso facilmente e são mais resistentes (LANDESMANN; MOUCO, 2007).

Desta forma será crescente o uso de estruturas metálicas, devido as vantagens deste modelo e por isso procura-se incentivar a adoção da aplicação de tais estruturas em sistemas construtivos mais simples, não só em aeroportos, shoppings ou grandes edificações, já que as estruturas de aço trazem benefícios que devem ser aproveitados em outros setores em prol da racionalização de material e de custos (SALES et al., 2001).

Dias (2000) leciona que desde o século XVIII, quando se iniciou a utilização de estruturas metálicas dentro da construção civil o aço já trouxe benefícios claros, e tem sido considerado um material vantajoso com características arrojadas, eficientes e de alta qualidade.

Shige (2005) destaca que a fabricação da estrutura já na indústria traz inúmeros benefícios, e assim pode-se trabalhar com vários serviços de forma simultânea, a diminuição de formas e escoramento e não afeta se está chovendo ou não para que a montagem seja feita, podendo reduzir em até 40% o tempo de obra, trazendo retorno financeiro mais rápido para o construtor, antecipando seus ganhos no mercado.

Guedes (2008) destaca a questão das normas regulamentadoras que tratam sobre estruturas metálicas, citando: a ABNT 8800 de 2008 que trata sobre projeto de estruturas de aço e estruturas mistas de aço e concreto de edifícios, a NBR 14762 de 2001 que trata sobre dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio. A NBR 14611 de 2000 que trata do desenho que traz também a representação simplificada em estruturas metálicas. A NBR-80 que trata do projeto e execução de estruturas de aço de edifícios: método dos estados limites.

A ASTM que traz medidas de particularizações sobre a fabricação do aço, acabamento dos perfis e a AISC com especificações para projetos de prédios industriais ou residenciais em estruturas metálicas. Tendo ainda muitas outras fontes normativas para se embasar sobre a temática abordada, servindo inclusive de material de estudo e de conhecimento e aperfeiçoamento técnico profissional.

Conforme dita Santos (2012) as estruturas metálicas são viáveis, mas seu uso deve contar com um planejamento adequado, um estudo aprofundado, que deixe o profissional capacitado para atender as possíveis demandas de seu trabalho. Para que a sua aplicação seja efetiva deve-se fazer uma associação com sistemas de fechamento necessários e, atrelar de forma compatível aos sistemas para que tenha mais segurança e eficiência, evitando assim problemas relacionados ao uso de estruturas metálicas e sistemas de fechamento, atuando de forma preventiva no processo de execução da construção.

Nota-se ainda que com isso buscam-se ainda mais aplicações das estruturas metálicas por serem mais versáteis e por concatenarem mais com as demandas atuais da construção civil. A Escola de Engenharia Civil (2010) dita que de quarenta anos para os dias de hoje muito evoluiu neste setor que estava obsoleto, passando a ser um setor que fomenta perspectivas de crescimento, trazendo crescimento e resultados vantajosos pautados em novas tecnologias e maquinário especializados.

Desta forma salienta-se que o uso de estruturas metálicas como o aço por ser muito vantajosa acabou crescendo muito e a tendência é aumentar ainda mais, pois gera maior segurança e tem vantagens relacionadas à racionalização dos custos (SALES et al., 2001).

No Brasil há uma preocupação para a correta aplicação destas estruturas e por isso existem leis que tratam do tema, conhecidas como Normas Técnicas para construção, e a ABNT traz muitas normas com especificação de materiais e de desempenho, para que a engenharia civil paute-se em suas demandas com o uso de técnicas construtivas corretas (SANTOS, 2012).

Sendo assim, são necessárias ações para a eficiente gestão da demanda do uso destas estruturas na engenharia civil, reduzindo os índices de perdas e desperdícios, sendo mais sustentável, fazendo-se necessário adotar medidas sobre a utilização deste recurso, bem como, a facilidade do uso das estruturas de concreto armado no intuito de otimizar a utilização dos resultados nas obras, evitando problemas (SHIGE, 2005).

Nakamura (2006) trata que as patologias em edificações afetam diretamente a vida útil da edificação e tais problemáticas são mais agravadas devido à falta de fiscalização, controle de qualidade nos materiais e mão de obra utilizados, devendo as empresas de construção e construtores seguirem as normas que trazem as exigências para que o processo seja de boa qualidade e traga segurança. Por isso é importante comparar estruturas e analisar quais são mais adequadas a cada caso, evitando problemas posteriores.

Bandeira (2008) dita que podem ser necessárias intervenções em estruturas de concreto armado para que torne essas mais seguras ou para que seja reforçada a sua capacidade de carga. Já nas estruturas metálicas essas precauções existem mais são minimizadas. Entre as patologias em concreto armado que não são incidentes em estruturas metálicas podem-se citar as tensões de compressão no concreto, que advém da flexão e conforme variação do módulo de elasticidade do concreto, que no caso de pontes, por exemplo, é mais incidente quando há a corrosão da primeira camada da armadura.

Santos et al., (2016) ditam que para que as estruturas sejam mais duráveis com a resistência adequada é salutar, averiguar patologias, tensões de tração na armadura, corrosão e outros problemas que podem ser diagnosticados. Ações preventivas que evitem problemas são comuns na engenharia em prol de efetivar uma maior segurança, e no caso das estruturas metálicas não seria diferente, a análise de patologias vai depender de cada caso e os problemas oriundos deste tipo de estrutura também são peculiares e devem ser levadas em consideração de acordo com cada modelo de estrutura, atrelado a outros fatores.

É fato que o uso de estruturas metálicas traz muitas vantagens, principalmente quando comparadas a estruturas mais tradicionais. Destas vantagens apresentadas vale ressaltar a maior praticidade na execução quando houver um projeto e planejamento adequado, se tornando um sistema eficaz que deve ser aplicado não apenas em grandes obras, mas também em residências. O uso de aço e metais é mais econômico que outras estruturas na construção civil, não por ser mais barata, mas por trazer viabilidade e racionalização de materiais e mão-de-obra, permite a adoção de sistemas industrializados, e acaba diminuindo o desperdício investido (PINHO; PENNA, 2008).

Há muitas características que torna possível e indicado o uso de estruturas metálicas, engloba processos de adequação a perfis metálicos, fechamentos e acabamentos, e quando compara o uso de estruturas metálicas com outras nota-se muitas vantagens. O uso de aço e metais é também mais barato que outras estruturas na construção civil, mas isso porque traz mais economia e racionalização ao processo em que é aplicado, não porque tem o menor preço, o uso destas estruturas colabora com a racionalização de materiais e mão-de-obra, não havendo muito desperdício de material, aderindo a sistemas industrializados (PINHO; PENNA, 2008).

O uso de estruturas metálicas é uma solução adequada para combater desgaste que acarreta à natureza e para evitar ou diminuir a degradação busca-se a sustentabilidade como alternativa paralela ao processo tradicional de construção, diminuindo o consumo de bens naturais não renováveis e otimizando o uso de materiais reciclados, através da utilização de tecnologias existentes que visam um procedimento ecologicamente correto, por isso implementar em residências que são construídas em grande escala fazem com que mais benefícios deste tipo advenham deste processo (SANTOS, 2012).

Incentiva-se assim o crescimento das obras em estruturas metálicas pois efetiva a redução do prazo, e traz a antecipação do retorno do capital investido, e com acessibilidades aos perfis metálicos que a algum tempo atrás não existiam e hoje é encontrado com facilidade.

Importante trazer na tabela a seguir os estudos que destacam tal influência dos ventos e altitude, destacado a titulação, autor, ano, objetivo da pesquisa e resultados ou conclusão:

Tabela 1. Distribuição dos artigos que tratam sobre a influência dos ventos nas estruturas metálicas

Autor do Estudo Ano Título Objetivo Conclusão
 

 

 

01

Miguel 2003 Estudo teórico e experimental de um edifício alto submetido à ação dinâmica do vento Fazer um experimento sobre a ação do vento em um alto edifício. Conclui-se que devem haver mais estudos acerca do tema, para averiguar mais efeitos que possam ser aferidos a partir da ação dos ventos.
 

 

02

Nunes 2008 Ação do vento em coberturas metálicas Modelação de uma estrutura do tipo “sombreador Analisar a resposta da estrutura a solicitações estáticas e dinâmicas do vento segundo várias formulações. Observa-se que a resposta dinâmica de uma estrutura à ação do vento depende tanto das características do vento incidente como das características dinâmicas da estrutura.
 

 

 

03

Castro 2009 Uma Contribuição para a Avaliação dos Efeitos da Ação do Vento em Estruturas Flexíveis. Trazer uma análise sobre os efeitos da ação do vento em estruturas. Conclui-se que há métodos inclusive nas NBRs que trazem meios de agir evitando os efeitos da ação do vento em estruturas, reduzindo potenciais problemas.
 

 

 

 

 

 

 

04

Vanin 2011 Resposta dinâmica de edifícios altos frente à ação do vento: comparação de técnicas experimentais em túnel de vento. Aborda os efeitos dinâmicos em edifícios altos devidos à ação do vento, que provocam, principalmente, oscilações devidas ao desprendimento de vórtices, tanto na direção transversal ao escoamento do vento. A BD3GDL simulou satisfatoriamente bem o comportamento dos edifícios altos frente à ação do vento, até mesmo efeitos dinâmicos como o desprendimento cadenciado de vórtices, e mostrou-se uma ferramenta útil em ensaios em túnel de vento.
 

 

05

Cunha 2012 Contribuição ao estudo dos efeitos de vento em edifícios altos: estudo de caso na cidade de Goiânia. O objetivo principal é realizar uma análise dinâmica de um edifício alto da cidade de Goiânia pelo Método dos Elementos Finitos utilizando o programa

ANSYS 6…

Pela análise dos resultados pretende-se perceber em que medida o modelo simplificado da norma é capaz de representar adequadamente o comportamento de um pórtico tridimensional.
 

 

 

 

06

Vieira 2013 Ação do vento em edifícios altos. Analisar a ação do vento em edifícios altos conforme estudos já realizados. Em particular, a turbulência, com características essencialmente dinâmicas, pode influenciar significativamente as cargas a que as estruturas estão sujeitas
 

 

 

 

07

Alves 2015 Controle de vibrações em edifícios altos sujeitos a vento ou terremoto Tratar da importância de fazer o controle da amplitude das vibrações das estruturas  aumentando o valor de amortecimento da estrutura. O controle de vibrações em edifícios é uma linha de pesquisa ampla sendo necessário que se aprofunde nos estudos pois no Brasil as edificações têm-se tornado cada vez mais elevadas.
 

 

08

Santos et al. 2016 A stochastic approach for the wind load effect on steel structures Analisar a velocidade do vento como uma variável estocástica e sua influência no projeto de estruturas de aço quando ocorrem mudanças na velocidade do vento Indicam que deve ser dada maior atenção às consequências do uso de um valor médio da velocidade do vento.
 

 

 

 

09

Tamura et al. 2017 Aerodynamic and Pedestrian-Level Wind Characteristics of Super-Tall Buildings with Various Configurations Fazer análises dinâmicas de resposta induzida pelo vento de modelos e estruturas. Os resultados desses testes levaram a discussões abrangentes sobre as características do vento nos níveis aerodinâmico e de pedestres de várias configurações de edifícios altos.
10 Pereira 2018 Estrutura Metálica: Processo executivo, vantagens e desvantagens Analisar as vantagens e desvantagens do uso de estruturas metálicas Conclui-se que a ação do vento interfere e deforma as estruturas.

Fonte: Dados da Pesquisa (2019).

Mas, como todo processo demanda algum tipo de insegurança ou incerteza. Há estudos que consideram a teoria da probabilidade para estudar o nível de segurança de estruturas de aço analisando a confiabilidade de colunas de aço de uso, ou considerando o Fator de Projeto de Coluna (COF), garantindo modo de falha predefinido por quem projetou o empreendimento, ou a carga do vento, vez que a sua velocidade nas estruturas são processos estocásticos, que flutuam no tempo e no espaço (SANTOS et al., 2016).

Assim, o engenheiro deve levar em consideração a aleatoriedade da velocidade do vento, determinando um valor específico da velocidade do vento para associação ao fator de carga; a partir de uma análise pautada em banco de dados que traz a velocidades do vento naquele local (NUNES, 2008)

Pois os ventos e a altitude influenciam nas estruturas metálicas de sustentação (pilares metálicos, vigas, entre outros) e mesmo sendo um material de alta resistência, pode haver movimentação da estrutura provocada pela temperatura, variações térmicas e higroscópicas; sobrecargas excessivas ou concentração de tensões; pode haver em excesso deformabilidades (ALVES, 2015).

Pereira (2018) destaca que a estrutura metálica por ser um elemento estrutural com formação de ferro e carbono, no qual quanto mais carbono, mais resistente será, sendo também mais duro por isso que existem muitas nuances a serem observadas pelo engenheiro, na concepção do projeto, analisando bem o dimensionamento e definição do aço. Pelo fato de os perfis metálicos serem feitos em indústria, e isso gera confiabilidade, Mas o fato de ter uma maior vulnerabilidade em episódios de ventos fortes é uma desvantagem latente e trazida em muitos estudos, muitas destas estruturas podem ficar até contorcidas.

Na engenharia civil as patologias podem ocorrer em muitas situações, em tipos diferentes de estruturas e edificações, e em todos casos acabam afetando de forma negativa a condição da estrutura, e devido a estes motivos é que há uma preocupação da engenharia em detectar as causas que levam a estes problemas, bem como perceber através de um diagnóstico mais apurado os sintomas, os mecanismos e consequentemente as causas e origens dos deformidades e distorções encontradas em construções civis e de que forma pode trabalhar para que sejam solucionados estes problemas que afetam o desempenho e vida útil da edificação (VIEIRA et al., 2010).

Conforme dita Shige (2005) na aplicação de estruturas metálicas tem como um fator preponderante os perfis, que advém da laminação de blocos de aço, onde ele adquire a forma necessária e com escopo final após passar sucessivas vezes em cilindros conformadores, havendo laminador universal que se adequa a produção de perfis estruturais.  Havendo para o caso de estruturas metálicas o laminador universal que traz inúmeras vantagens no processo de construção, quais sejam: menor ciclo de laminação; rende melhor; traz produtividade maior mesmo que em seções de menor dimensão; maior atendimento as tolerâncias.

Para Santos et al. (2016) na análise do efeito de ventos nas estruturas o Brasil ainda deixa a desejar, visto que diante das tecnologias atuais há uma determinação do padrão brasileiro de carga de projeto com mapa de velocidade do vento que foi feito em 1977. Mas a literatura já traz necessidade de mudanças acerca de tais padrões relacionados a velocidade e efeitos da altitude e vento.

A ação do vento é um fator que é deveras salutar de ser considerado na engenharia, e a estrutura imersa que fica exposta a cargas associadas à sua ação deve considerar as características e a interação entre os escoamentos de massas de ar, por isso o projetista deve se ater de conhecimentos de mecânica dos fluidos e estruturas para verificar os efeitos e caracterização do vento no local, analisando o escoamento de uma massa de ar na camada limite atmosférica (CLA), que engloba orografia, a rugosidade local e a turbulência (VIEIRA, 2013).

Para Miguel et al. (2003) em seu estudo teórico e experimental com relação a ação do vento em edifício alto, destacou que deve-se analisar de forma mais moderna tal questão, com inserção de novos estudos é fundamental vez que as alterações climáticas são latentes e os impactos geofísicos e sociais gerados por estas deve fomentar uma maior preocupação com relação aos efeitos de velocidades do vento.

Assim, a abordagem estocástica prima por avaliar os valores de tensão com relação ao efeito do vento em coluna de viga de aço. Com a evolução no âmbito da engenharia e arquitetura é cada vez mais comum  ver resistências do aço e novas concepções com edifícios cada vez mais altos, mas com isso não pode-se deixar de observar a ação dinâmica do vento que afeta tais estruturas vez que  vem a ser um novo desafio aos projetistas estruturais (CASTRO, 2009).

Tal situação ocorre porque o vento afeta diretamente o comportamento estrutural de construções mais altas por exemplo, vez que nas baixas ele só é avaliado como um acréscimo do componente estático do carregamento sobre a estrutura, mas em altas é fator que deve ser levado em consideração pelo projetista, (SANTOS et al., 2016).

A própria NBR 6123/1988 traz que em edificações com período fundamental superior a 1 s deve-se quantificar a resposta flutuante na direção do vento médio, com análise dinâmica da estrutura, e por isso deve-se considerar essa situação de ação dos ventos e altitude de forma peculiar (ALVES, 2015).

Estudo feito por Nunes (2008) analisou a ação do vento em coberturas metálicas, averiguando que era incidente devido ação do vento o deslocamento da estrutura, de forma horizontal, vertical e rotações apreciáveis, gerando problemas quanto a aparência e gerando insegurança aos usuários, por isso alerta para o estudo da influência das solicitações dinâmicas do vento no dimensionamento em estruturas metálicas.

Para Vanin (2011) em seu estudo nas edificações altas os carregamentos horizontais são gerados pela ação do e esses efeitos dinâmicos podem gerar grandes oscilações devidas ao desprendimento de vórtices, tanto na direção transversal ao escoamento do vento, quanto oscilações torcionais. E até em estruturas de viga metálicas por exemplo e em outros pontos de sustentação pode gerar deslocamentos à estrutura. Neste fez-se uso de balança dinâmica de três graus de liberdade usando o método de integração de pressões em alta frequência e verificando assim este como métodos e ferramenta útil em ensaios em túnel de vento, ajudando no ajuste dos parâmetros dinâmicos.

Alves (2015) por sua vez destaca que com a inserção de novos materiais de construção, as técnicas construtivas passaram a primar por uma maior segurança e eficiência, e com a propagação de verticalização dos edifícios nota-se uma preocupação maior com os deslocamentos que são influenciados por ações externas, pois estruturas mais flexíveis sofrem mais com vibrações, quando os carregamentos dinâmicos são afetados pelos ventos por exemplo, precisando de técnicas que reduzam essas vibrações.

Averiguar tais vibrações é muito importante em prol de diminuir estas trazendo mais conforto e menos prejuízos em sistemas dos edifícios e/ou equipamentos instalados, e mesmo no caso de estruturas metálicas deve-se aplicar métodos e dispositivos de controle (CASTRO, 2009).

Alguns autores citam outros efeitos devidos à turbulência atmosférica, que inclusive pode trazer efeito do desprendimento de vórtices, e a norma NBR 6123 (1988) não tem um entendimento bem desenvolvido. Outro fator que deve ser levado em consideração como o conforto dos usuários com relação a velocidade do vento, que pode inclusive arrancar janelas devido sua força em locais com maior altitude e força do vento, necessitando de métodos mais eficientes que averiguem a ação dos ventos e por consequência traga mais segurança com relação ao seu comportamento que é dinâmico e não pode ser ignorado.

Na norma brasileira de forças devido ao vento (NBR 6123, 1988) alerta que locais onde o vento é mais intenso e a altitude maior deve-se ter o cuidado e mais precisão com os efeitos dinâmicos devido a turbulência atmosférica, trazendo um método simplificado, válido com a combinação das respostas média e flutuante, assim como no método simplificado. Sendo i a coordenada em que ocorre o deslocamento, para cada um dos modos de vibração, aplicando a formula trazida na norma (NBR 6123, 1988).

Pereira (2018) salienta ainda o uso da NBR 6123 para as cargas da ação do vento na estrutura. Determinando primeiramente as forças estáticas devidas ao vento, que são: a velocidade básica do vento, V0, pode ser definida conforme figura abaixo:

Fonte: NBR 6123

A partir daí usa-se os dados da NBR, das isopletas de velocidades básicas do vento e em seguida  define-se os fatores S1, S2 e S3 para multiplicá-los pela velocidade básica do vento e encontrar a velocidade característica do vento Vk. Usando também os dados da NBR 6123.

Com a velocidade característica definida é possível determinar a pressão dinâmica pela expressão 𝑞 = 0,613. 𝑉𝑘2 [N/m²]. E assim, tem-se a velocidade básica do vento e o engenheiro deve considerar o fator topográfico, e considerar as demais nuances que influem para prevenir problemas de alterações das estruturas metálicas (NBR 6123).

Com a evolução do cálculo computacional e dos softwares de análise estrutural tal demanda foi facilitada, e o vento que era tido como simples acréscimo no componente estático da ação sobre a estrutura, passou a ser aferido de forma dinâmica, considerando o estudo em túneis de vento e com a proliferação de edifícios cada vez mais altos foram necessários mais estudos que analisasse a dinâmica de estruturas altas sob ação do vento

Vieira (2013) estudou a ação do vento sob a metodologia do Eurocode presente na NP EN 1991- 1-4 (2009) e tal norma indica que se for feito um prédio no qual a largura seja duas vezes menor que a altura deve-se  fazer uma divisão em três zonas ao longo da sua altura, mas não explicita número de bandas nem suas alturas, chegando a crer que a subdivisão em bandas reduz a carga global devida ao vento, mas tal situação só é válida para zonas centrais com alturas superiores a 1/3 da largura do edifício.

Tamura et al. (2017) ao analisar o efeito dos ventos em estruturas fez  ensaios em túneis de vento, e buscou trazer as medidas mais eficazes para  reduzir as cargas que o vento gera nas construções, concluindo que quanto maior o número de lados melhor será a performance da estrutura, destacando que é suficiente cinco lados.

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Nota-se que existem muitas vantagens no uso das estruturas metálicas que apresentam como a celeridade na obra, racionalização no uso de materiais e mão de obra, aumento de produtividade e por isso traz menor prazo de execução, quanto menor o prazo menor serão os custos, e mesmo sendo um material mais caro, ao final da obra terá benefícios financeiros maiores do que se tivesse usado outro tipo de estrutura mais convencional, como o caso de concreto armado.

A rapidez gerada no uso das estruturas de aço advém também da maior precisão na montagem da estrutura, onde não se perde tempo, e como é tempo é dinheiro no ramo da construção civil, acaba por gerar lucro, pois em outros tipos de estrutura onde a execução é mais demorada, será necessário pagar mão de obra por mais tempo o que gera despesas maiores também.

Muito embora tenha tantas vantagens, ainda não é muito incentivado por conta da falta de informação da maioria dos construtores, mas essa situação deve ser mudada, já que o fomento nas indústrias de aço deram uma injeção no mercado dessa nova tecnologia, e os profissionais deverão se adequar para atender a esta demanda.

Nota-se deste modo que o aço é um material altamente resistente, traz segurança a obra e construção, são resistentes a corrosão, sofrem menos patologias do que a estrutura de concreto armado que tem fissuras de forma bem comum e geram muitos benefícios quando aplicados, e sofrem efeitos como outras estruturas sofrem com relação a ação do vento.

Diante disso, esse estudo ao averiguar tal demanda percebeu que o vento e sua força e a altitude do local, enfatizando o caso de prédios mais altos acaba por gerar efeitos em estruturas de sustentação, nos prédios e mesmo que seja bastante viável, o projetista deve considerar a tenacidade advinda das estruturas metálicas que é benéfica, já que sofrem menor impacto e são mais flexíveis, de forma que resiste a um forte impacto sem quebrar.

Conforme averiguado neste estudo, as Estruturas Metálicas são modelos que não são utilizados com muita frequência em obras no Brasil pelo motivo de a indústria siderúrgica não ter crescido como deveria no último século. Porém com o fomento da engenharia em busca de modelos mais práticos e viáveis fez com que essas fossem utilizadas devido a vantagem que trazem e as industrias passaram a produzir mais para atender a demanda de mercado.

Percebe-se a partir desse estudo que quando comparada a outras estruturas, as feitas com aço, tidas como estruturas metálicas tem muitas vantagens, e sofre menos efeitos e ações do vento por exemplo, mas conforme analisado existem sim patologias que devem ser foco  e a engenharia Civil deve considerar o material e sua flexibilização, utilidade, organização, celeridade, racionalização dos custos, fomentar o uso de estruturas metálicas como um passo muito importante no crescimento e adaptação as novas tecnologias da construção civil.

Devendo os profissionais da área estarem aptos a atenderem estas demandas e conseguirem implementar tais sistemas. Diante disso estes devem buscar o conhecimento adequado para tal, deixando de lado estruturas convencionais e buscando se adaptar aos modelos modernos que são tendências em todo o mundo devido a serem mais arrojados e benéficos ao ambiente Por isso precisa-se avançar com a a implementação destas estruturas na construção civil, enfatizando os métodos para reduzir os impactos dos efeitos da ação do vento sob tais estruturas.

REFERÊNCIAS

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_______. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 2004.

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[1] Graduando em Engenharia Civil.

[2] Graduando em Engenharia Civil.

[3] Graduanda em Engenharia Civil.

[4] Graduanda em Engenharia Civil.

[5] Graduando em Engenharia Civil.

[6] Graduando em Engenharia Civil.

[7] Especialização em MBA em Gerenciamento de Obras de Engenharia. Graduação em Engenharia Civil.

Enviado: Março, 2020.

Aprovado: Abril, 2020.

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