Ações do vento em edificações verticais

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2.1.2 Reação dos edifícios à ação dos ventos

As pressões do vento, e as cargas produzidas por estes, não são estáticas na natureza, mas flutuam constantemente. A natureza dinâmica destas cargas pode fazer com que estes entrem em ressonância com estruturas esbeltas e flexíveis, gerando respostas dinâmicas que podem ser muito maiores do que aquelas produzidas pelas cargas estáticas.

Para edifícios baixos e rígidos, esta resposta dinâmica é menos significativa e o projeto pode ser seguramente baseado nas equivalentes estáticas das cargas do vento. Entretanto, em edifícios altos estas respostas desempenham um papel fundamental.

A norma brasileira que orienta o cálculo de edificações submetidas à ação do vento é a NBR 6123/88 - Forças Devidas ao Vento emEdificações. A norma prevê diferentes formas para se considerar os efeitos produzidos pelo vento, para fins de cálculo. Todos os tratam como uma carga estática equivalente à ação real, dinâmica, do vento. Essas formas constituem modelos de cálculo com procedimentos particulares a cada um e prescritos separadamente no corpo da norma brasileira. A opção dada ao engenheiro para escolher entre uma ou outra forma está relacionada à frequência do modo fundamental de vibração da edificação.

O primeiro dos processos de cálculo está descrito no capítulo 4 da NBR 6123/1988. Nesse modelo, a influência da resposta flutuante é levada em conta por meio do Fator de Rajada para o cálculo da velocidade característica do vento, porém sem considerar as propriedades dinâmicas do problema em estudo, e admitindo que a estrutura não entre em ressonância com o vento.

O modelo que trata especificamente da resposta dinâmica na direção do vento médio está estipulado no capítulo 9 da NBR 6123/88. O processo que a norma brasileira apresenta para ação estática equivalente do vento, embora baseada no método de vibração aleatóriaproposto por Davenport, difere dele na determinação dos parâmetros que definem essa ação. As recomendações existentes na NBR 6123/1988 para a análise dinâmica levam em conta a variação no módulo e na orientação da velocidade média do vento. Como preconiza a norma brasileira, a velocidade média produz efeitos meramente estáticos na estrutura, enquanto as flutuações ou rajadas produzem oscilações importantes, "especialmente em edificações altas e esbeltas". O processo para o cálculo da ação dinâmica deve se basear no método do espectro, que caracteriza estatisticamente as propriedades da turbulência atmosférica.

Neste modelo à necessidade da análise de vibrações induzidas por carregamento flutuante. A NBR 6123/88 incorpora esses conceitos e destaca que edificações com período fundamental superior a 1 s, frequências até 1 Hz, podem apresentar importante resposta flutuante na direção do vento médio,nessa faixa de frequência a energia das rajadas de vento é maior. Com isso, a análise dinâmica da estrutura sob carregamento de vento é importante para se determinar a resposta ressonante, que pode ser significativa quando comparada à resposta de fundo ou não ressonante. No modelo adotado pela norma brasileira, admite-se que as flutuações do vento se deem nas frequências naturais da estrutura, sendo possível computar as contribuições de diversos modos de vibração.

Entre os dois modelos apresentados anteriores é oferecido um terceiro, também de características dinâmicas, que pode ser aplicado se a edificação tiver seção transversal constante, distribuição de massa mais ou menos uniforme e uma altura limitada a 150 m. Cabe observar que nos dois últimos modelos, o processo de cálculo se inicia com a obtenção das frequências naturais de vibração, necessárias à determinação dos correspondentes coeficientes de amplificação dinâmica.

2.1.3 Considerações para o cálculo da ação do vento

O objetivo da NBR 6123/1988 - Forças Devidas ao Vento em Edificações é fixar as condições exigíveis na consideração das forças devidas à ação estática e dinâmica do vento, para efeitos de cálculo. A NBR 6123/88 apresenta três modelos para o cálculo da ação do vento nas estruturas, por ela denominados de: Forças Estáticas Devidas ao Vento, Modelo Dinâmico Simplificado e Modelo Dinâmico Discreto, que são, adiante, descritos sinteticamente.

2.1.4 Forças estáticas devidas ao vento

As forças estáticas devidas ao vento são determinadas tomando-se como base a velocidade básica do vento, V0, que está relacionada ao local onde a estrutura será construída. Por definição é a velocidade de uma rajada de 3 s, excedida em média uma vez em 50 anos, acima de 10 m do terreno, em campo aberto e plano. A norma brasileira traz as isopletas da velocidade básica no Brasil. Como regra geral, admite-se que o vento básico possa soprar de qualquer direção horizontal. Uma vez definida, a velocidade básica é multiplicada pelos fatores de ponderação S1, S2, S3 para ser obtida a velocidade característica do vento Vk, para a parte da edificação em consideração. A velocidade característica do vento permite, então, determinar a pressão dinâmica e a componente da força global na direção do vento.

A figura abaixo apresenta o gráfico das isopletas da velocidade básica no Brasil, com intervalos de 5 m/s

[pic 1]

Figura 01

2.1.5 Modelo Dinâmico Simplificado

Se a edificação tiver seção transversal constante e distribuição de massa mais ou menos uniforme, aplica-se um método simplificado de cálculo, desde que a estrutura não ultrapasse 150 m de altura. Admite-se que, para a resposta dinâmica pelo método simplificado, baste a retenção única do modo fundamental de vibração. Para esse caso a expressão utilizada pela norma brasileira engloba tanto a resposta média quanto a amplitude máxima da resposta flutuante do vento. Assim, a pressão exercida pelo vento é uma função contínua da altura sobre o terreno, na qual aparece o coeficiente de amplificação dinâmica, função das dimensões da edificação, da razão de amortecimento crítico, da frequência da edificação, da altura de referência e da pressão na altura de referência. A NBR 6123/1988 fornece tanto o período quanto a expressão que representa o primeiro modo de vibração.

2.1.6 Modelo Dinâmico Discreto

Se uma edificação possui propriedades variáveis com a altura,