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UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA – UNAMA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS – CCET CURSO DE ENGENHARIA CIVIL RODRIGO ANDRADE BRÍGIDO JOSÉ SILVEIRA LIMA NETO AÇÃO DO VENTO EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS ALTOS: ESTUDO BIBLIOGRÁFICO COMPARATIVO ENTRE VALORES OBTIDOS EM ESPECIFICAÇÕES NORMATIVAS E ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO BELÉM-PA 2017 RODRIGO ANDRADE BRÍGIDO JOSÉ SILVEIRA LIMA NETO AÇÃO DO VENTO EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS ALTOS: ESTUDO BIBLIOGRÁFICO COMPARATIVO ENTRE VALORES OBTIDOS EM ESPECIFICAÇÕES NORMATIVAS E ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO Trabalho de Diplomação apresentado ao Departamento de Engenharia Civil do Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, da Universidade da Amazônia, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil. Orientador: Prof. MSc. Antônio Massoud Salame. BELÉM-PA 2017 RODRIGO ANDRADE BRÍGIDO JOSÉ SILVEIRA LIMA NETO AÇÃO DO VENTO EM FACHADAS DE EDIFÍCIOS ALTOS: ESTUDO BIBLIOGRÁFICO COMPARATIVO ENTRE VALORES OBTIDOS EM ESPECIFICAÇÕES NORMATIVAS E ENSAIOS EM TÚNEL DE VENTO Trabalho de Diplomação apresentado ao Departamento de Engenharia Civil do Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, da Universidade da Amazônia, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil. Aprovado em: BANCA EXAMINADORA: _______________________________________________ Prof. MSc. Antônio Massoud Salame Universidade da Amazônia (Orientador) _______________________________________________ Prof. Dr. Leonardo Augusto Lobato Bello Universidade da Amazônia _______________________________________________ Prof. Dr. Sandoval José Rodrigues Júnior Universidade Federal do Pará DEDICATÓRIA Dedicamos este trabalho primeiramente a Deus, por nos dar o dom da vida e ser autor dos nossos destinos. Aos nossos queridos pais Antônio Evandro Brígido de Oliveira, Helena Andrade Zeferino Brígido e José Wilson Dantas Silveira, Amanda Silva Silveira, por todo o esforço em seus carinhos, cuidados e que doam incondicionalmente seu sangue e suor, em forma de amor e trabalho por nós. AGRADECIMENTOS Agradecemos a todos os professores que nos acompanharam durante a graduação, em especial ao Prof. MSc. Antônio Massoud Salame, por abraçar a ideia do nosso trabalho e colaborar de forma significativa, no incentivo e produção de melhorias que trouxeram qualidade na realização deste trabalho. As nossas famílias, que tivemos de nos ausentar para poder trilhar até onde chegamos, e também pela confiança e motivação dada em todos os momentos difíceis. Aos amigos e colegas, com quem compartilhamos força e grande ajuda, na criação de grupos de estudos fundamentais a nossa progressão. RESUMO Edificações em geral estão submetidas a carregamentos de vento, que variam de acordo com alguns fatores de exposição. Tais fatores devem ser considerados na fase de projetos, para alcançar bons níveis de segurança e confiabilidade estrutural. A ação do vento começou a ser um aspecto preocupante, após a implementação de construções altas e o colapso na ponte de Tacoma Narrows. Na atualidade, a aplicabilidade técnica das recomendações normativas de vento, são mensuradas através da NBR 6123 (1988), no entanto, as considerações da norma remontam a época de limitações tecnológicas, deixando de considerar os avanços feitos nas últimas décadas. O túnel de vento é considerado o recurso mais eficaz na determinação de esforços nas edificações, sendo um meio balizador para a verificação da norma. Neste trabalho, será apresentado um breve estudo sobre pesquisas que, com o avanço da tecnologia, demostram diferenças nos valores de pressões devido ao vento, proposto pela NBR 6123 (1988). Foram estudados 5 relatos de casos na literatura, que abordam sobre esforços devido ao vento ensaiados em túnel de vento, por conseguinte, comparou-se estes esforços, com os encontrados pela norma, para encontrar uma diferença percentual entre métodos. Esta técnica investigou em muitas situações, grandes diferenças entre os métodos propostos, em alguns casos o valor obtido pela NBR chegou a 29% em relação ao túnel de vento. Uma análise comparativa foi realizada entre os intervalos máximos dos valores da relação NBR/Túnel, entre os relatos estudados, onde pode observar que ora a norma está a favor a favor da segurança, ora a favor da economia. Após as análises, é possível afirmar que alguns tópicos da NBR 6123 (1988) requerem revisão, para que diminua esta diferença entre métodos, e a norma tenha valores mais precisos. Palavras-chave: Edifícios Altos; Ação do Vento; Forças de Vento; Revisão da NBR 6123. ABSTRACT Buildings in general are subject to wind loads that vary according to some exposure factors. Such factors must be considered at the project stage to achieve good levels of safety and structural reliability. The wind action began to be a worrisome aspect, after the implementation of high constructions and the Tacoma Narrows bridge collapse. At present, the technical applicability of the normative recommendations of wind, are measured through NBR 6123 (1988), however, considerations of standard date back to the time of technological limitations, failing to consider the advances made in the last decades. The wind tunnel is considered the most effective efforts determination on the buildings, being a kind of reference to the verification of the standard. In this work, will be presented a brief survey of research that, with the advancement of technology, show differences in the values of pressures due to wind, proposed by NBR 6123 (1988). 5 case reports have been studied in the literature, that cover about efforts due to wind tested in the wind tunnel, therefore, these efforts were compared with those found by the standard, to find an difference percentage between methods. This technique investigated in many situations, large differences between the proposed methods, in some cases the value obtained by NBR reached 29% in relation to the wind tunnel. A comparative analysis was carried out between the maximum ranges of the values of the relationship between NBR/Tunnel reports studied, where it can observe that sometimes the norm is in favor of security, and sometimes in favor of the economy. After the analysis, it is possible to affirm that some topics from NBR 6123 (1988) require revision, for that decrease this difference between methods, and the norm has more accurate values. Keywords: Tall Buildings; Wind Action; Wind Forces; Revision of NBR 6123. LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Escoamento do vento em torno de edificações na costa da cidade do Panamá, observado em 2012. .................................................................................. 19 Figura 2 – Os maiores edifícios do mundo desde o século XX, segundo a empresa Emporis. .................................................................................................................... 23 Figura 3 – Mapa de isopletas da velocidade básica do vento V0 (m/s), medida sobre 3 s, exercida uma vez a cada 50 anos, em uma altura de 10 metros sobre o nível do terreno, em lugar aberto e plano. .............................................................................. 31 Figura 4 – Gradiente de variação do esforço do vento, relacionando altura de estudo, relevo e inclinação do terreno. ..................................................................................32 Figura 5 – Ábaco de coeficiente de arrasto para edificações paralelepipédicas em ventos de baixa turbulência. ...................................................................................... 38 Figura 6 – Ábaco de coeficiente de arrasto para edificações paralelepipédicas em ventos de alta turbulência. ........................................................................................ 39 Figura 7 – Diminuição da incidência da força de vento, por efeito de proteção de edificação vizinha. ..................................................................................................... 40 Figura 8 – Afunilamento entre edificações vizinhas. ................................................. 41 Figura 9 – Desvio do escoamento do vento incidir sobre a fachada de um edifício. . 42 Figura 10 – Regime de escoamento: (a) corpo isolado, (b) deslizante, (c) interferência de esteira................................................................................................................... 43 Figura 11 – Padrão de esteiras formadas por corpos aerodinâmicos e rombudos. .. 44 Figura 12 – Seção da estrutura do tabuleiro da ponte de Tacoma Narrows em colapso. .................................................................................................................................. 46 Figura 13 – Antes e depois ao desabamento do edifício Real Class em Belém do Pará. .................................................................................................................................. 46 Figura 14 – Túnel de retorno fechado da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil (a), e túnel de retorno aberto da Universidad Nacional del Nordeste, Resistência, Argentina (b). ........................................................................ 48 Figura 15 – (a) Maquete reduzidos com sensores de pressão, (b) dispositivo de recebimento de dados dos sensores de pressão piezorresistivos, e (c) resultados em software através da análise da pressão do vento em uma fachada. ......................... 48 Figura 16 – Simuladores de rugosidade usados dentro de túnel de vento. ............... 49 Figura 17 – Dispositivos de geração das características de camada limite e rugosidade: (a) Túnel de vento da Universidad Nacional Del Nordeste, Resistência, Argentina; (b) e (c) Túnel de vento da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil. .................................................................................................. 50 Figura 18 – Modelos de vizinhança construídos para ensaios em túnel de vento de edificações. ............................................................................................................... 50 Figura 19 – Maquete em túnel de vento e mapa de coeficientes de pressão de vento indicada: (a) Arena Pantanal; (b) Estádio do Morumbi. ............................................. 51 Figura 20 – Visão Real e maquete em túnel de vento: (a) Ponte Estaiada Octávio Frias de Oliveira, São Paulo; (b) Edifício Sunset Residence, Novo Hamburgo. ................. 52 Figura 21 – Planta baixa e elevação da edificação estudada por Sarmento (2015). . 55 Figura 22 – Detalhes do modelo reduzido da edificação e ambiente de ensaio no túnel de vento..................................................................................................................... 56 Figura 23 – Indicação da origem do ângulo de incidência (ϕ): (a) Posicionamento em planta para ensaio em túnel de vento; (b) Posicionamento em modelo utilizado para recomendações normativas. ..................................................................................... 57 Figura 24 – Planta baixa do empreendimento Prosperitas. ....................................... 61 Figura 25 – Fachada frontal e lateral do empreendimento Prosperitas. .................... 61 Figura 26 – Projeção da área simulada em túnel de vento e condições no entorno do empreendimento Prosperitas. ................................................................................... 62 Figura 27 – Detalhes do modelo reduzido do empreendimento Prosperitas e ambiente de ensaio no túnel de vento. ..................................................................................... 62 Figura 28 – Divisão da fachada empreendimento Prosperitas: (a) 8 zonas verticais para uso em cada método para sucção e sobrepressão; (b) inserção de regiões, exclusivo para o método de sucção pela NBR 6123 (1988). ..................................... 63 Figura 29 – Fachada frontal e lateral do empreendimento Odebrecht Atlanta. ......... 65 Figura 30 – Planta baixa do empreendimento Odebrecht Atlanta. ............................ 66 Figura 31 – Detalhes do modelo reduzido do empreendimento Odebrecht Atlanta e ambiente de ensaio no túnel de vento. ...................................................................... 66 Figura 32 – Projeção da área simulada em túnel de vento e condições no entorno do empreendimento Odebrecht Atlanta. ......................................................................... 67 Figura 33 – Divisão da fachada do empreendimento Odebrecht Atlanta: (a) 8 zonas verticais para uso em cada método para sucção e sobrepressão; (b) inserção de regiões, exclusivo para o método de sucção pela NBR 6123 (1988). ....................... 68 Figura 34 – Fachada frontal e lateral do edifício Graça. ............................................ 70 Figura 35 – Planta baixa do edifício Graça, indicando o ângulo de incidência do vento e a projeção de um retângulo para cálculo através da norma. .................................. 71 Figura 36 – Ambiente de ensaio no túnel de vento do modelo reduzido do edifício Graça. ....................................................................................................................... 71 Figura 37 – Projeção da área simulada em túnel de vento e condições no entorno do edifício Graça. ........................................................................................................... 72 Figura 38 – Perspectiva artística do complexo RochaVerá e indicação de cada edificação. ................................................................................................................. 75 Figura 39 – Planta baixa do edifício A e B do complexo RochaVerá. ....................... 75 Figura 40 – Ambiente de ensaio no túnel de vento do modelo reduzido do Complexo RochaVerá. ............................................................................................................... 76 Figura 41 – Indica o ângulo de incidência do vento, e a orientação de cada força na edificação. ................................................................................................................. 76 Figura 42 – Posição de cada edificação e condições de contorno do Complexo RochaVerá. ............................................................................................................... 76 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 – Aumento gradual do vento conforme altura e em diferentes terrenos. ... 35 Gráfico 2 – Esforço cortante na direção X para o edifício Graça............................... 73 Gráfico 3 – Esforço cortante na direção Y para o edifício Graça............................... 73 Gráfico 4 – Relação entre ângulo de incidência do vento e coeficiente de força, na direção X, para o complexo RochaVerá. ................................................................... 77 Gráfico 5 – Relação entre ângulo de incidência do vento e coeficiente de força, na direção Y, para o complexo RochaVerá. ................................................................... 78 Gráfico 6 – Quadro comparativo entre os intervalosmáximos dos valores da relação NBR/Túnel, diante os relatos estudados. .................................................................. 79 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Parâmetros para encontrar o expoente da lei de potencial de variação de S2. ............................................................................................................................. 34 Tabela 2 – Coeficientes de pressão e de forma, externos, para paredes de edificações de planta retangular. ................................................................................................. 37 Tabela 3 – Ação do vento e diferença percentual calculado pelo túnel de vento e NBR 6123 (1988) para ventos incidentes a 0º. .................................................................. 58 Tabela 4 – Ação do vento e diferença percentual calculado pelo túnel de vento e NBR 6123 (1988) para ventos incidentes a 90º. ................................................................ 59 Tabela 5 – Ação do vento e diferença percentual global da edificação estudada em ventos de 0º e 90º. .................................................................................................... 60 Tabela 6 – Comparativo entre os resultados de sucção na fachada do empreendimento Prosperitas. ................................................................................... 64 Tabela 7 – Comparativo entre os resultados de sobrepressão na fachada do empreendimento Prosperitas. ................................................................................... 64 Tabela 8 – Comparativo entre os resultados de sucção na fachada do empreendimento Odebrecht Atlanta. ......................................................................... 69 Tabela 9 – Comparativo entre os resultados de sobrepressão na fachada do empreendimento Odebrecht Atlanta. ......................................................................... 69 Tabela 10 – Comparação dos valores máximos de esforço cortante devido a vizinhança no edifício Graça. .................................................................................... 74 Tabela 11 – Comparação dos valores máximos de coeficientes de força devido a vizinhança no edifício RochaVerá. ............................................................................ 78 LISTA DE QUADROS Quadro 1 – Categorias de rugosidades de terrenos e exemplos para cada perfil. .... 33 Quadro 2 – Classes das dimensões de edifícios. ...................................................... 34 Quadro 3 – Valores mínimos do fator estatístico S3. ................................................. 36 Quadro 4 – Tipos de ensaio em túneis de vento. ...................................................... 47 LISTA DE SÍMBOLOS ∆p Variação de pressão ∆pe Pressão efetiva externa ∆pi Pressão efetiva interna Ae Área efetiva b Menor dimensão horizontal de uma edificação Ca Coeficiente de arrasto cpe Coeficiente de pressão externa cpi Coeficiente de pressão interna Fa Força de arrasto Fv Fator de vizinhança Fr Fator de rajada k-ε Modelo de turbulência K-epsilon p Expoente da lei de potencial de variação de S2 q Pressão de dinâmica do vento S1 Fator topográfico S2 Fator de rugosidade do terreno S3 Fator estatístico V0 Velocidade básica do vento Vk Velocidade característica do vento z Altura medida a partir da superfície do terreno zg Altura de referência ϕ Ângulo de incidência do vento LISTA DE SIGLAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas AM Modelo aeroelástico CAARC Commonwealth Advisory Aeronautical Research Council CB-02 Comitê Brasileiro de Construção Civil CE Comissão de Estudo de Forças Devidas ao Vento em Edificações CFD Dinâmica dos Fluidos Computacional DIN German Institute for Standardization EPS Tormentas extratropicais IEC International Electrotechnical Commission IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas ISO International Organization for Standardization ITA Instituto Tecnológico da Aeronáutica LAC Laboratório de Aerodinâmica das Construções LaCAF Laboratório de Conforto Ambiental e Física Aplicada LES Large Eddy Simulation NB Norma Brasileira NBC National Building Code NBR Norma Brasileira Regulamentadora RANS Reynolds Averaged Navier-Stokes RF-FBM Modelo rígido com balança de baixa frequência RH-FBM Modelo rígido com balança de alta frequência RNG Reynolds Normalization Group RPM Modelo rígido de pressão estática SST Shear Stress Transport TS Thunder storm UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul UNICAMP Universidade Estadual de Campinas SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ...................................................................................... 18 1.1. PROBLEMATIZAÇÃO ........................................................................... 18 1.2. OBJETIVOS DO TRABALHO ................................................................ 20 1.2.1. Objetivo geral ...................................................................................... 20 1.2.2. Objetivos específicos ......................................................................... 20 1.3. JUSTIFICATIVA .................................................................................... 20 1.4. ESTRUTURA DO TRABALHO .............................................................. 21 1.5. HIPÓTESE ............................................................................................ 22 2. SÍNTESE DOS TRABALHOS CONTRIBUINTES PARA O ESCOAMENTO DO VENTO ........................................................................................... 23 2.1. ESTUDOS ANTECEDENTES À NBR 6123 (1988) ................................ 24 2.2. ESTUDOS POSTERIORES À NBR 6123 (1988) ................................... 26 2.3. ANÁLISES EXPERIMENTAIS EM TÚNEIS DE VENTO ......................... 27 3. FUNDAMENTOS RELEVANTES ACERCA DA NBR 6123 (1988) ........ 29 3.1. VELOCIDADE BÁSICA DO VENTO ...................................................... 30 3.2. VELOCIDADE CARACTERÍSTICA DO VENTO ..................................... 31 3.2.1. Fator topográfico – S1 ......................................................................... 32 3.2.2. Fator de rugosidade do terreno – S2 .................................................. 32 3.2.3. Fator estatístico – S3 ........................................................................... 35 3.3. AÇÃO ESTÁTICA DO VENTO............................................................... 36 3.3.1. Pressão dinâmica ................................................................................ 36 3.3.2. Coeficientes de pressão ..................................................................... 36 3.3.3. Coeficiente de arrasto ........................................................................ 38 3.3.4. Forças estáticas .................................................................................. 39 3.4. INFLUÊNCIA DAS EDIFICAÇÕES VIZINHAS ....................................... 39 3.4.1. Efeito Venturi ...................................................................................... 41 3.4.2. Deflexão do vento ............................................................................... 42 3.4.3. Turbulência da esteira ........................................................................ 42 4. ASPECTOS GERAIS SOBRE O TÚNEL DE VENTO ............................ 45 4.1. DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO ........................................................ 47 4.2. TÚNEL DE VENTO DE CIRCUITO ABERTO .........................................50 4.3. TÚNEL DE VENTO DE CIRCUITO FECHADO ...................................... 52 5. RELATOS DE CASOS .......................................................................... 54 5.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS ................................................................. 54 5.2. EDIFÍCIO ESTUDADO POR SARMENTO (2015) .................................. 54 5.2.1. Descrição da obra ............................................................................... 54 5.2.2. Análise da obra ................................................................................... 56 5.2.3. Resultado dos métodos ...................................................................... 57 5.3. EMPREENDIMENTO PROSPERITAS – ARRAIS (2011) ....................... 60 5.3.1. Descrição da obra ............................................................................... 60 5.3.2. Análise da obra ................................................................................... 61 5.3.3. Resultados dos métodos .................................................................... 64 5.4. ODEBRECHT ATLANTA – ARRAIS 2 (2011) ........................................ 65 5.4.1. Descrição da obra ............................................................................... 65 5.4.2. Análise da obra ................................................................................... 66 5.4.3. Resultados dos métodos .................................................................... 68 5.5. EDIFÍCIO GRAÇA – FERNANDES (2013) ............................................. 70 5.5.1. Descrição da obra ............................................................................... 70 5.5.2. Análise da obra ................................................................................... 71 5.5.3. Resultados dos métodos .................................................................... 72 5.6. COMPLEXO ROCHAVERÁ – CARPEGGIANI (2015) ............................ 74 5.6.1. Descrição da obra ............................................................................... 74 5.6.2. Análise da obra ................................................................................... 75 5.6.3. Resultados dos métodos .................................................................... 77 6. ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE CASOS RELATADOS ................... 79 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................. 80 REFERÊNCIAS ................................................................................................ 81 18 1. INTRODUÇÃO 1.1. PROBLEMATIZAÇÃO Diversas pesquisas têm sido feitas no âmbito de haver um bom entendimento e quantificar os riscos que as estruturas estão submetidas, visando a obtenção de um método científico mais efetivo para minorar os problemas, porém, é difícil realizar uma análise em uma única variável sem verificar a ligação entre outros fatores. Um exemplo está na atuação de vento em uma edificação, que está relacionado com a tipologia da edificação e sua localização geográfica (TESSARI, 2016). Sendo assim, cada estrutura necessita de uma apuração de ameaças e incertezas, de forma a preparar o projeto para as adversidades que poderão compreender a um futuro risco. Casos de negligência arriscam a segurança estrutural e traz a possibilidade de perigo às pessoas no entorno da construção, enquanto que, superestimar riscos prejudica a estrutura na obtenção de uma solução ótima, provocando o acumulo de gastos em grau superior ao ideal e distancia investidores (AUGUSTI; CIAMPOLI, 2008). Chávez (2006, p. 1) declara que: Edificações em geral estão expostas às forças de vento, de origem dinâmica, que podem ocasionar acidentes ou danos estruturais e dependem de diversos fatores, como a forma da construção, disposição e dimensões das aberturas, tipo de estrutura, grau de exposição da construção, dentre outros. Uma visão da importância em fazer um estudo, baseado na ação do vento começou após o colapso da ponte Tacoma Narrows, que ocorreu em uma tempestade de vento moderado em 1940, em Washington, Estados Unidos (BILLAH; SCANLAN, 1990). A realização de ensaios experimentais é capaz de identificar, acidentes causados pela força do vento e também seus efeitos nas estruturas (SARMENTO, 2015). Na Figura 1, massas de água em forma de vapor condensado, demonstram o comportamento do vento que contorna as edificações localizadas na costa da cidade do Panamá. 19 Figura 1 – Escoamento do vento em torno de edificações na costa da cidade do Panamá, observado em 2012. Fonte: J.R. Hott (2012). Acidentes vêm acontecendo em edificações mal executadas, que são caracterizadas por possuir tesouras e telhas leves mal dimensionadas e/ou ancoradas, estruturas sem contraventamentos, paredes mal construídas, concreto de má qualidade etc. Por isso, acredita-se que a probabilidade de ocorrer acidentes causados diante os esforços de vento iriam ser reduzidas, caso as normas relativas à ação do vento (NBR 6123) e dimensionamentos estruturais (NBR 6118), fossem seguidos à risca (BLESSMANN, 2001). As mensurações das forças de vento atuante nas edificações podem ser previstas através da Norma Brasileira Regulamentadora – NBR 6123 (1988): Forças devidas ao vento em edificações. Está norma propicia tabelas e ábacos que fornecem valores de coeficientes de pressão e arrasto para edificações, conforme as geometrias das estruturas que serão usadas. Pravia (2004) complementa que, quando o escoamento do vento provoca perturbações importantes nas estruturas, seja por parâmetros como: a forma da edificação, dimensões ou muitos obstáculos na vizinhança, requerem a realização de 20 ensaios em túnel de vento, simulando as características naturais do vento, visto que a norma ainda não contempla tais expectativas. Diante do contexto, foi possível verificar que em muitos casos, as forças causadas pelo vento, podem ser o principal fator para ocorrer o colapso de uma estrutura, por não ser levados em consideração estes carregamentos no projeto. 1.2. OBJETIVOS DO TRABALHO 1.2.1. Objetivo geral Realizar um estudo comparativo entre resultados de pressões em fachadas, obtidos através de relatos de ensaios relacionados às ações de vento em edificações. 1.2.2. Objetivos específicos Elaborar uma síntese dos trabalhos contribuintes para o tema proposto; Conhecer as instruções normativas referentes às ações de vento em edificações; Conhecer os sistemas de túneis de ventos usados na identificação de pressões das fachadas das edificações; Analisar os relatos de autores que praticaram ensaios em túnel de vento, no que tange à resposta estrutural de edificações, com as recomendações normativas brasileiras; Comparar os resultados alcançados, através da relação NBR/Túnel nos relatos estudados. 1.3. JUSTIFICATIVA Conforme a comunidade científica desenvolve os conhecimentos e aprimora sua força tecnológica, estabelece uma grande facilidade e se obtém recursos computacionais que, permitem análises mais rápidas e precisas das propriedades dinâmicas das estruturas, levando em consideração as cargas e efeitos. Alguns profissionais minimizam o acontecimento de desastres, alegando que tal fato um dia iria acontecer. 21 Há uma gama de oportunidades, que dão suporte a extensa capacidade de prever acontecimentos, sendo inaceitável a perda de uma vida humana e o comprometimento do patrimônio1. Na atualidade, a aplicabilidade das recomendações normativas em edifícios altos, vem sendo cada vez mais exigida, para alcançar níveis desegurança e confiabilidade estrutural (SANTOS, 2012). Um meio de verificar tais níveis, é através da tecnologia usada em túneis de vento, que oferecem resultados mais válidos em fenômenos aerodinâmicos (LOREDO-SOUZA, 2012). Desse modo, o presente trabalho de conclusão de curso, concentra-se na proposta de pesquisa orientada ao estudo bibliográfico comparativo, entre o cálculo recomendado pelas normas brasileiras de vento vigentes e ensaio em túnel de vento. 1.4. ESTRUTURA DO TRABALHO A pesquisa se classifica como um projeto de revisão, realizando uma busca bibliográfica a partir de trabalhos científicos já publicados. Capítulo 1 – Será introduzido o trabalho, apresentando uma breve problematização de fatos que motivaram a elaboração do projeto. Capítulo 2 – Irá abranger a apresentação de um histórico evolutivo das principais contribuições para o escoamento de vento, da mesma maneira alguns trabalhos serão apresentados, sobre a comparação de resultados relacionados à ação do vento nas edificações, em túnel de vento sob normas internacionais. Capítulo 3 – Será feito um estudo da NBR 6123 (1988), apresentando os fundamentos relevantes, bem como os procedimentos de cálculo dos carregamentos estáticos e dinâmicos. Capítulo 4 – É dedicado a apresentar a instrumentação usada em túneis de vento, do mesmo modo os seus parâmetros de uso e, por fim, serão descritos os 2 modelos empregados no Brasil para obras civis. Capítulo 5 – 5 relatos de casos de edificações altas serão apontados, que passaram por avaliação em um túnel de vento. Estes casos sucederão uma análise através dos valores obtidos em ensaios no túnel de vento, em seguida, estas 1 Comentário fornecido pela Prof. Acir Mércio Loredo-Souza na palestra Ensaios em Túnel de Vento: Economia e Segurança no Projeto durante o XXIII Encontro Regional do Instituto Brasileiro de Concreto (IBRACON) Pará, ocorrido na Universidade Federal do Pará, em agosto de 2016. 22 edificações passarão por procedimentos de cálculo recomendado pela NBR 6123 (1988), a fim de chegar a uma relação NBR/Túnel em cada caso. Capítulo 6 – Realizará uma comparação entre os resultados alcançados em cada método, nos relatos cada autor presente no trabalho, através da relação entre NBR/Túnel. Capítulo 7 – São feitas as considerações finais, na definição embutida pela hipótese do trabalho, inclusive adicionando algumas considerações a respeito dos resultados expostos nos casos relatados. 1.5. HIPÓTESE A obtenção dos valores de pressão tem maior validez em ensaios em túneis de vento, em virtude do cálculo da NBR 6123 (1988) apresentar certas limitações, como todo método simplificado, caracterizando-a como conservadora. 23 2. SÍNTESE DOS TRABALHOS CONTRIBUINTES PARA O ESCOAMENTO DO VENTO A preocupação com a ação do vento em edifícios altos começou a surgir, quando iniciou o período de construções altas, conhecidos como “arranha-céus”, fato este que fez com que os engenheiros se preocupassem, quanto aos efeitos que os ventos poderiam causar Landau e Condit (1996 apud BARR, 2012). Helsley e Strange (2008) salientam que os arranha-céus trouxeram economias para as áreas urbanas, uma vez que tinham a capacidade de reunir muitas pessoas em um só local e, esta visão proporcionou que construções tivessem andares cada vez mais altos, pois eram mais rentáveis, chegando a um ponto em que, o tamanho de um edifício não era mais dado pela tecnologia disponível, mas pela ambição dos construtores. A empresa Emporis coleta informações sobre construções em nível global, além de disponibilizar uma visão geral dos edifícios mais altos do mundo, e o período em que foram considerados os maiores. A Figura 2 exibe uma cronologia destes edifícios desde o começo do século XX. Figura 2 – Os maiores edifícios do mundo desde o século XX, segundo a empresa Emporis. Fonte: Emporis (2014). 24 Com isso, a cronologia de estudos a seguir, faz referência às diversas pesquisas teóricas e experimentais realizadas nos últimos anos, sobre as pressões, vibrações e efeitos de torção em edifícios altos induzidos pelo vento. 2.1. ESTUDOS ANTECEDENTES À NBR 6123 (1988) Segundo Green e Quest (2011), o primeiro caso relatado na literatura mundial, vem da Inglaterra, registrado em 1871 por Wenham, que produziu o primeiro túnel de vento. O projeto construído para a Aeronautical Society of Great Britain, foi elaborado a partir de um tronco de madeira com 12 pés de comprimento e 18 polegadas de área, acionado por uma máquina a vapor para impulsionar o ar na entrada. Na cidade alemã de Heidelberg, durante o terceiro Congresso Internacional de Matemática realizado em 1904, Prandtl (1904) de 29 anos, realizou uma apresentação de 10 minutos, introduzindo o conceito de camada limite de fluxo de fluido pela superfície. Segundo Rocha (2010), Prandtl assumiu a existência de uma camada de pequena espessura na proximidade da superfície, chamada Camada Limite, onde o fluido possui uma viscosidade que não pode ser desprezada, enquanto que em regiões longe da superfície o escoamento não possui viscosidade, porém, a comunidade aerodinâmica pouco deu importância às teorias criadas pelo grupo de pesquisa de Prandtl. Somente em 1921, a comunidade começou a aceitar a teoria da camada limite, devido ao professor da Universidade de Aachen, Alemanha, e também membro da comunidade aerodinâmica, Von Kármán, obter uma equação integral sobre a camada limite que teria uma ampla aplicabilidade em um grande número de problemas práticos da Engenharia (ANDERSON JR, 2005). Taylor (1921) desenvolveu a teoria estática da turbulência, demonstrando que a turbulência deve satisfazer uma condição de irregularidade, que modifica o escoamento de partículas fluidas de seu ambiente turbulento inicial. O atrito com superfícies sólidas, diferentes velocidades de um fluido escoando sobre outros fluidos ou o prolongamento de percurso de um fluido, podem gerar turbulência, alterando a memória de seu ambiente turbulento inicial, para propriedades da turbulência local. Taylor (1935) relata que existem diferentes designações para cada tipo de turbulência. Quando a turbulência é gerada por paredes sólidas fixas é chamada de “turbulência 25 de parede”, sendo afetada por todo o seu trecho, enquanto a ausência de parede gera turbulência, se denomina “turbulência livre”. Pela primeira vez na década de 1960, Davenport (1961) desenvolveu conceitos estatísticos, determinando a resposta de uma estrutura simples para um vento turbulento e rajadas de vento, permitindo que as tensões de pico, acelerações, deflexões etc., possam ser expressas em termos da velocidade média do vento, o espectro de rajadas, e as propriedades mecânicas e aerodinâmicas da estrutura. Por fim, salientou que a resistência do fluxo flutuante, pode ser significativamente maior do que em fluxo constante, como a que vigora na maioria dos testes em túnel de vento. Determina uma expressão para o espectro de rajadas próximas ao solo, que a variação é influenciada pela velocidade média do vento, a rugosidade do terreno e a altura acima do nível do solo, além destes fatores também contribuírem consideravelmente para as cargas de vento. Davenport (1963) introduziu um método probabilístico, aproveitando fundamentos já utilizados em engenharia mecânica, elétrica e de comunicação, envolvendo a definição de admitância mecânica e espectro de energia. Este método descreve como funciona a correlação acerca do mecanismo de carregamento do vento e a resposta estrutural.Posteriormente, Davenport (1967) desenvolveu os primeiros princípios básicos para estimar a resposta de edifícios altos no sentido do vento, com simulações de uma camada limite atmosféricas em túnel de vento. Padaratz (1977) finalizou um trabalho pioneiro no Brasil, inicialmente realizado por José Maria Salgado Vieira Filho, sobre as velocidades extremas do vento em 1975, na coleta de dados de 49 estações meteorológicas da Força Aérea Brasileira e do Ministério da Agricultura, recorrentes ao máximo de 25 anos, enquanto outras estações revelaram valores de recorrência em apenas 4 anos. Padaratz (1977) então, baseou-se nos dados de Vieira Filho em 1975, e realizou ajustes nas séries máximas anuais. Estes ajustes foram calculados através de um estudo probabilístico de reincidência, que alcançou 63% de ocorrer a mesma velocidade máxima nas estações verificadas por Vieira Filho em 1975, no período de 50 anos. Este estudo colaborou na confecção do mapa de Isopletas, presente na NBR 6123 (1988), o que contribuiu para a criação de recomendações gerais nos estudos sobre vento no Brasil, onde até este trabalho, não sofreu renovações. 26 2.2. ESTUDOS POSTERIORES À NBR 6123 (1988) Franco (1993) propôs realizar em um modelo, uma combinação criada a partir das pressões flutuantes com o espectro de vento. O modelo sofreu a influência de variados tipos de harmônicos, resultando em um espectro de resposta, que foi variado por aleatórios ângulos de fase, obtendo uma boa aproximação das forças harmônicas características dos deslocamentos da estrutura, esse método simplificado de cálculo ficou conhecido com o nome de Vento Sintético. Anos depois, Franco e Isyumov (1997) aplicaram o Método do Vento Sintético para examinar os deslocamentos na Torre Norte do Centro Empresarial Nações Unidas, São Paulo. Os resultados alcançados revelaram uma aproximação de dados obtidos entre a norma brasileira e um software chamado TQS. Riera (2016) elucida que nas últimas décadas, diversos trabalhos foram feitos no âmbito de se conhecer melhor os comportamentos que, os variados tipos de ventos podem fornecer às estruturas, entretanto, as normas atuais na América do Sul não consideram tais variação, sendo assim Riera (2016) entende que estas normas devem ser revisadas o quanto antes, para incorporar tais avanços e também aborda em seu trabalho, alguns tópicos que requerem revisão na NBR 6123 (1988). Riera (2016) aborda que um desses tópicos, as normas atuais na América do Sul, não considerarem eventos denominados de correntes descendentes, típicos de tormentas elétricas em eventos TS (thunderstorm), ou a combinação associada de eventos, o que caracteriza a deficiência tanto na NBR 6123 (1988), quanto em outras normas sul americanas, por não fornecer resposta induzida de ventos desta espécie. Riera (2016) também destaca que, durante os eventos TS, os registros de velocidade do vento não são contabilizados como amostras e as normas sul americanas atuais. Em regiões temperadas, Riera (2016) enfatiza que, foram observados velocidade máxima anual do vento, em altura padrão de 10 metros, durante eventos Sistemas Extensos de Pressão (EPS), também denominados de Tormentas Extra- Tropicais, com ocorrência de nove a cada dez eventos. Ainda Riera (2016, p. 2) afirma que “Matthew Vallis, sob orientação do Acir Mércio Loredo-Souza, realiza atualmente uma coleta de dados em todo Brasil, classificando cada registro segundo o fenômeno meteorológico”. 27 2.3. ANÁLISES EXPERIMENTAIS EM TÚNEIS DE VENTO Em Londres, Bailey e Vincent (1943) publicaram um artigo com uma série de ensaios com diferentes modelos de edifícios em túnel de vento, para determinar a relação entre velocidade de vento e a distribuição de pressão em edifícios com cobertura plana, inclinada e escalonada, verificando também em edifícios de diferentes alturas. O estudo também mostrou ensaios dos modelos em simulações com perfil de velocidade média do vento natural em campo aberto, sem caracterizar ventos turbulentos, em modelos isolados e modelos próximos a outros edifícios. No ano de 1971, duas pesquisas verificaram que edificações vizinhas alteram as cargas do vento, diminuindo as sobrepressões e aumentando as sucções. Kelnhofer (1971) simulou a influência que ocorre em um edifício paralelepipédico posicionado próximo a uma edificação vizinha, chegando a ter resultados de sucções da ordem de 3,16 vezes mais, do que se estivesse isolada. Leutheusser (1971) produziu um modelo sendo envolvido por outros distanciados próximos um do outro, e os resultados chegaram a um aumento de 2 a 5 vezes mais sucções, caso fosse isolada. No campo da torção, alguns autores também observam que as normas não estão de acordo com o estado real da edificação. Surry e Lythe (1981) relataram que para edifícios de forma simples e secção retangular, o coeficiente de torção possui uma alteração de 1,5 a 4 vezes maior que os da norma canadense. Formas mais complexas tiveram o coeficiente de torção ultrapassando 5 vezes mais que se calculado pela norma canadense. Os autores concluíram que a força agiu com uma determinada excentricidade, causando essa torção não prevista em norma. Posteriormente, pesquisas feitas examinando as cargas médias de vento torcional em edifícios altos foram feitas por Lythe e Surry (1990), que compararam a norma canadense (National Building Code – NBC) de 1985 e os resultados experimentais de testes no Laboratório de Túnel de Vento de Camada Limite da Universidade de Western Ontario, dispondo um grande banco de dados, envolvendo valores de cargas de torção média e pico de torção. Os resultados indicaram que a NBC estimula bons valores de cargas de cisalhamento médios, porém subestima significativamente as cargas de torcionais médias para edifícios altos. O autor ainda analisa os dados experimentais, avaliando várias definições do coeficiente de torção 28 e secção de edifícios, com proposito de obter métodos de estimativa melhorados para a torção média. Diversos ensaios foram sendo elaborados no túnel de vento, localizado no Laboratório de Aerodinâmica das Construções na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), principalmente, seu fundador, Blessmann (1982, 1984, 1985) publicou inúmeros trabalhos feitos a partir de simulações em edifícios com secções diferenciadas, a fim de avaliar os efeitos de vizinhança. Modelos de edifícios prismáticos com secções retangulares com formas complexas foram ensaiados por Blessmann e Riera (1985), comparando os resultados com os valores da norma canadense (NBC) de 1985. Os modelos apresentaram coeficientes de torção de 1,5 a 3 vezes maior que se calculados pela norma citada, enquanto edifícios de arquitetura complexa tiveram uma abrangência maior, em alguns resultados os valores obtidos foram menores que os da norma, mas em casos extremos, o coeficiente estipulou um valor de 5 vezes maior que se aplicados com a mesma norma. Em um dos trabalhos feitos por Blessmann (1992), reproduziu o edifício sede da Citibank localizado em São Paulo, próximo a edifícios existentes ao redor, resultando um valor 2 vezes maior na sucção do que valores obtidos isoladamente. Loredo-Souza e Davenport (2001) examinaram através de testes no Laboratório de Túnel de Vento de Camada Limite da Universidade de Western Ontario, a resposta de uma estrutura linear frente a uma escala de turbulência. Também compararam os testes em túneis de vento com precisões teóricas feitas por método estatístico. Os resultados experimentais e previsões teóricas permitiram validar uma nova abordagem para sistemas condutores, usando uma técnicade escala de comprimento horizontal distorcida em túneis de vento, no entanto, fazem- se necessárias algumas correções nos valores da variância da resposta medida no modelo. 29 3. FUNDAMENTOS RELEVANTES ACERCA DA NBR 6123 (1988) A criação de uma uniformização de critérios de qualidade resulta do comércio entre, mercadorias e serviços relacionados a diferentes nações, que tende a destinar parâmetros de desempenho nos produtos e serviços, como procedimento, eficiência, dentre outras. A busca por uniformizações cria organismos internacionais de normalização, como a International Organization for Standardization (ISO) e a International Electrotechnical Commission (IEC), aos quais competem discutir a destinação de parâmetros (GRANDISKI, 2015). No Brasil, a entidade privada e sem fins lucrativos, Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), é a responsável na publicação de normas técnicas, com reconhecimento desde 28 de setembro de 1940, atuando com sintonia com o governo e sociedade civil, também atua com políticas públicas no desenvolvimento de mercado, defesa ao consumidor e segurança à sociedade (ABNT, 2015a). De acordo com a ABNT (2015b), as normas surgem a partir de uma ampla demanda, que pode ser solicitado por qualquer pessoa, empresa, entidade ou organismo regulamentador. Cada país possui o seu organismo nacional de normalização, cujo principal objetivo é a elaboração, aprovação e divulgação de normas, tais como: Brasil – Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Canadá – National Building Code (NBC), Alemanha – German Institute for Standardization (DIN). Os projetistas têm a NBR 6123 (1988), como recomendações nos procedimentos de cálculos para as forças de vento em edificações, a qual teve início no projeto NB-599/1987, preparado pelo CB-02 – Comitê Brasileiro de Construção Civil e CE-02:003.16 – Comissão de Estudo de Forças Devidas ao Vento em Edificações, com a sua última atualização datada em 1988. O objetivo desta norma é de promover condições aceitáveis contra as forças estáticas e dinâmicas do vento, contudo, os procedimentos disponíveis são abrangentes somente para formas, dimensões ou localizações convencionais. Como opção alternativa, a norma cita que ensaios experimentais devem ser usados para casos em especial (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1988). Esta norma simplifica as ações dinâmicas do vento atuantes em estruturas permitindo considerá-las como ações estáticas. Para isto é preciso apenas, descrever 30 a frequência e período da edificação, é possível dispensar a análise dinâmica propriamente dita se o período for inferior a um segundo. Em síntese, a NBR 6123 abrange o cálculo da ação do vento em barras prismáticas, fios, cabos, torres reticuladas, muros, placas, coberturas, cúpulas, abóbadas e telhados curvos. Também permite o cálculo de efeitos dinâmicos em estruturas oriundos de efeitos de turbulência atmosférica, efeitos de vizinhança e efeitos oriundos da esbeltes das edificações. Os próximos tópicos deste trabalho serão baseados na explicação e procedimentos adotados pela NBR 6123 (1988), sobre as determinações acerca das forças devidas ao vento atuantes nas fachadas de edifícios. 3.1. VELOCIDADE BÁSICA DO VENTO A análise que um engenheiro estrutural faz em uma estrutura, precisa levar em consideração diversos fatores, como: direção do vento, gradiente da velocidade com a altura, máxima velocidade de vento, flutuação e intensidade de turbulência causada pelas rajadas. Ventos máximos, com um tempo de incidência menor que 3 segundos não demostram preocupação, visto que é necessário haver certo tempo de atuação na edificação. A norma sugere que seja levado em consideração, ventos máximos de rajada com duração de 3 segundos ou mais, a 10 metros de altura do terreno, para que a solicitação de esforços atue em toda a estrutura (PITTA, 1987). Padaratz (1977) realizou um trabalho pioneiro no Brasil, na determinação de valores da velocidade básica do vento, após dar continuidade ao trabalho iniciado por José Maria Salgado Vieira Júnior em 1975, através da coleta de registros de 49 estações meteorológicas da Força Aérea Brasileira e do Ministério da Agricultura, no período de 50 anos para vento máximos anuais. O estudo serviu para a confecção do mapa de Isopletas correspondente à velocidade básica do vento V0 (m/s), que contribuiu para a elaboração das recomendações da NBR 6123 (1988). Este mapa exposto na Figura 3, ainda hoje não sofreu renovações. 31 Figura 3 – Mapa de isopletas da velocidade básica do vento V0 (m/s), medida sobre 3 s, exercida uma vez a cada 50 anos, em uma altura de 10 metros sobre o nível do terreno, em lugar aberto e plano. Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas – NBR 6123 (1988, p. 6). 3.2. VELOCIDADE CARACTERÍSTICA DO VENTO De acordo com a NBR 6123 (1988), a velocidade característica do vento (Vk) é determinada através da multiplicação da velocidade básica à variação topográfica, rugosidade do terreno e estatística, expressa na equação: Vk = V0 S1 S2 S3 Sendo: Vk = velocidade característica do vento (m/s); V0 = velocidade básica do vento (m/s); S1 = fator topográfico; S2 = fator de rugosidade do terreno; S3 = fator estatístico. De acordo com Mendis et al. (2007) as características da velocidade do vento, tamanho e formato, dar-se em função não somente do relevo, mas de sua rugosidade e de sua ocupação do terreno (S1, S2, S3). Estes fatores que influenciam na velocidade 32 característica, serão apresentados nos tópicos a seguir. 3.2.1. Fator topográfico – S1 Conforme a NBR 6123 (1988, p. 5), “O fator topográfico S1 leva em consideração as variações o relevo do terreno”. Quando a edificação está em terreno plano ou fracamente acidentado, S1 = 1,0. Na categoria de edificações em taludes e morros, é utilizado como auxílio à Figura 4. Nessas condições, a Norma sugere equações que admitem um fluxo de ar bidimensional. Figura 4 – Gradiente de variação do esforço do vento, relacionando altura de estudo, relevo e inclinação do terreno. Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas – NBR 6123 (1988, p. 7). Em algumas situações, a norma considera alguns valores, para determinadas situações, como: i) No ponto A em morros; ii) Nos pontos A e C em taludes, S1 = 1,0; iii) Vales profundos, protegidos por ventos, S1 = 0,9. Estes valores são recomendados pela Norma, mas somente no uso de precaução, pois os valores são aproximações da equação (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1988). 3.2.2. Fator de rugosidade do terreno – S2 A NBR 6123 (1988, p. 8) afirma que, O fator S2 considera o efeito combinado da rugosidade do terreno, da variação da velocidade do vento com a altura acima do terreno e das dimensões da edificação ou parte da edificação em consideração. 33 Em ventos fortes em estabilidade neutra, a velocidade do vento aumenta com a altura acima do terreno. Este aumento depende da rugosidade do terreno e do intervalo de tempo considerado na determinação da velocidade. Este intervalo de tempo está relacionado com as dimensões da edificação, pois edificações pequenas e elementos de edificações são mais afetados por rajadas de curta duração do que grandes edificações. Diante disso, o fator S2 é classificado em função de 3 indicadores: (i) rugosidade do terreno, (ii) dimensão da edificação e (iii) altura sobre o terreno, de acordo com os itens a seguir: i) Rugosidade do terreno: Em função da rugosidade do terreno, pode-se encontrar na NBR 6123 (1988)em cinco categorias2, de acordo com o Quadro 1. Quadro 1 – Categorias de rugosidades de terrenos e exemplos para cada perfil. CATEGORIA DE SUPERFÍCIE DO TERRENO EXEMPLOS I – Superfícies lisas de grandes dimensões, com mais de 5 km de extensão, medida na direção e sentido do vento incidente. Mar calmo, lagos e rios; Pântanos sem vegetação. II – Terrenos abertos em nível ou aproximadamente em nível, com poucos obstáculos isolados, tais como árvores e edificações baixas. Obstáculos com altura média abaixo de 1,0 metros. Zonas costeiras planas; Pântanos com vegetação rala; Campos de aviação; Pradarias e charnecas; Fazendas sem sebes ou muros. III – Terrenos planos ou ondulados com obstáculos, tais como sebes e muros, poucos quebra-ventos. Obstáculos com altura média de 3,0 metros. Granjas e casas de campo; Fazendas com sebes e/ou muros; Subúrbios a considerável distância do centro, com casas baixas e esparsas. IV – Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e poucos espaçados, em zona florestal, industrial ou urbanizada. Altura média dos obstáculos de 10 metros. Parques e bosques com muitas árvores; Cidades pequenas; Subúrbios densamente construídos de grandes cidades; Pequenas áreas industriais. V – Terrenos cobertos por obstáculos numerosos, grandes, altos e pouco espaçados. Obstáculos com altura média de 25 metros ou mais. Florestas com árvores altas, de copas isoladas; Centros de grandes cidades; Complexos industriais bem desenvolvidos. Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas – NBR 6123 (1988, p. 8). ii) Dimensões da edificação: Para a NBR 6123 (1988, p. 8), A definição das partes da edificação a considerar na determinação das ações do vento, é necessário considerar características construtivas ou estruturais 2 Em casos de ser avaliado em categorias intermediárias, será necessário interpolar valores, convenientemente. 34 que originem pouca ou nenhuma continuidade estrutural ao longo da edificação, tais como: – Edificações com juntas que separem a estrutura em duas ou mais partes estruturalmente independentes; – Edificações com pouca rigidez na direção perpendicular à direção do vento e, por isso, com pouca capacidade de redistribuição de cargas. Ainda a NBR 6123 (1988) no cálculo da velocidade média, estima os intervalos de tempo de 3s, 5s e 10s, para as respectivas classes do Quadro 2. Quadro 2 – Classes das dimensões de edifícios. CLASSE DIMENSÕES DOS EDIFÍCIOS A Todas as unidades de vedação, seus elementos de fixação e peças individuais de estruturas sem vedação. Toda edificação na qual a maior dimensão horizontal ou vertical não ultrapasse os 20 metros. B Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal esteja no intervalo de 20 a 50 metros. C Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal ultrapasse os 50 metros. Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas – NBR 6123 (1988, p. 9). Após relacionar os parâmetros de categoria de rugosidade do terreno e classe da dimensão da edificação, encontramos na Tabela 2 da NBR 6123 (1988, p. 10) o valor de S2. iii) Altura sobre o terreno: Outro meio de encontrar o valor do S2, é relacionando os parâmetros anteriores à expressão a seguir, limitando-se à altura zg, disponível na Tabela 1. S2 = b Fr ( z 10 ) P Sendo: b = menor dimensão horizontal de uma edificação; Fr = fator de rajada; z = altura medida a partir da superfície do terreno; p = expoente da lei de potencial de variação de S2. Tabela 1 – Parâmetros para encontrar o expoente da lei de potencial de variação de S2. CATEGORIA Zg (m) PARÂMETRO CLASSES A B C I 250 b p 1,10 0,06 1,11 0,065 1,12 0,07 35 CATEGORIA Zg (m) PARÂMETRO CLASSES A B C II 300 b Fr p 1,00 1,00 0,085 1,00 0,98 0,09 1,00 0,95 0,10 III 350 b p 0,94 0,10 0,94 0,105 0,93 0,115 IV 420 b p 0,86 0,12 0,85 0,125 0,84 0,135 V 500 b p 0,74 0,15 0,73 0,16 0,71 0,175 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas – NBR 6123 (1988, p. 9). Prandtl (1904) alertou que, próximo à superfície existe uma camada limite, que altera as viscosidades dos fluídos, por conseguinte afeta a velocidade de vento. Mendis et al. (2007) afirmam que esta camada, pode estar entre 500 a 3000 m, dependendo do tipo de terreno, além de graduar a velocidade do vento, iniciando-se de quase zero e aumenta de acordo com a altura gradiente, segundo a Gráfico 2. Gráfico 1 – Aumento gradual do vento conforme altura e em diferentes terrenos. Fonte: Mendis et al. (2007). 3.2.3. Fator estatístico – S3 Segundo a NBR 6123 (1988, p.10), O fator estatístico S3 é baseado em conceitos estatísticos, e considera o grau de segurança requerido e a vida útil da edificação. Segundo a definição de velocidade básica V0, é a velocidade do vento que apresenta um período de recorrência médio de 50 anos. A probabilidade de que a velocidade V0 seja igualada ou excedida neste período é de 63%. O fator S3 indica valores mínimos para edificações normais como moradias, hotéis, escritórios etc., contudo se não houver parâmetros para conduzir estimativas 36 a outros grupos, a norma dispõe do Quadro 3 para valores mínimos. Quadro 3 – Valores mínimos do fator estatístico S3. GRUPO DESCRIÇÃO S3 1 Edificações cuja ruina total ou parcial pode afetar a segurança ou possibilidade de socorro a pessoas após uma tempestade destrutiva (hospitais, quartéis de bombeiros e de forças de segurança, centrais de comunicação, etc.) 1,10 2 Edificações para hotéis e residências. Edificações para comércio e indústria com alto fator de ocupação 1,00 3 Edificações e instalações industriais com baixo fator de ocupação (depósitos, silos, construções rurais, etc.) 0,95 4 Vedações (telhas, vidros, painéis de vedação, etc.) 0,88 5 Edificações temporárias. Estruturas dos grupos 1 a 3 durante a construção 0,83 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas – NBR 6123 (1988, p. 10). 3.3. AÇÃO ESTÁTICA DO VENTO 3.3.1. Pressão dinâmica A NBR 6123 (1988) dispõe de uma equação para encontrar a pressão dinâmica do vento, em função da velocidade característica (Vk), dada pela expressão: q = 0,613 Vk2 Sendo: q = pressão de dinâmica do vento (N/m2); Vk = velocidade característica. 3.3.2. Coeficientes de pressão De acordo com a NBR 6123 (1988, p. 4), “a força do vento depende da diferença de pressão nas faces opostas da parte da edificação em estudo”, logo, considera-se um coeficiente para superfície externa e interna, expresso por: ∆p = ∆pe - ∆pi Sendo: ∆p = variação de pressão; ∆pe = pressão efetiva externa; ∆pi = pressão efetiva interna. Sendo assim: 37 ∆p = (cpe - cpi) q Sendo: cpe = coeficiente de pressão externa; cpi = coeficiente de pressão interna. Nas superfícies externas e internas, valores positivos dos coeficientes de pressão, representam sobrepressões, e valores negativos representam sucções. A NBR 6123 (1988) alerta que edificações com formato não convencional, precisam ser ensaiados em túnel de vento e, faz recomendações parede e telhado de edificações convencionais de forma retangular e cilíndricas, como caso exposto na Tabela 2. Tabela2 – Coeficientes de pressão e de forma, externos, para paredes de edificações de planta retangular. Altura relativa Valores de Ce para Cpe médio α = 0º α = 90º A1 e B1 A2 e B2 C D A B C1 e D1 C2 e D2 0,2 b ou h (o menor dos dois) h b ≤ 1 2 𝟏 ≤ 𝐚 𝐛 ≤ 𝟑 𝟐 - 0,8 - 0,5 + 0,7 - 0,4 + 0,7 - 0,4 - 0,8 - 0,4 - 0,9 𝟐 ≤ 𝐚 𝐛 ≤ 𝟒 - 0,8 - 0,4 + 0,7 - 0,3 + 0,7 - 0,5 - 0,9 - 0,5 - 1,0 1 2 ≤ h b ≤ 3 2 𝟏 ≤ 𝐚 𝐛 ≤ 𝟑 𝟐 - 0,9 - 0,5 + 0,7 - 0,5 + 0,7 - 0,5 - 0,9 - 0,5 - 1,1 𝟐 ≤ 𝐚 𝐛 ≤ 𝟒 - 0,9 - 0,4 + 0,7 - 0,3 + 0,7 - 0,6 - 0,9 - 0,5 - 1,1 3 2 ≤ h b ≤ 6 𝟐 ≤ 𝐚 𝐛 ≤ 𝟒 - 1,0 - 0,6 + 0,8 - 0,6 + 0,8 - 0,6 - 1,0 - 0,6 - 1,2 𝟐 ≤ 𝐚 𝐛 ≤ 𝟒 - 1,0 - 0,5 + 0,8 - 0,3 + 0,8 - 0,6 - 1,0 - 0,6 - 1,2 Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas – NBR 6123 (1988, p. 14). Esta tabela indica uma lista de valores, com coeficientes de pressão e de forma, 38 internos e externos, conforme a região da edificação e o ângulo de incidência do vento. 3.3.3. Coeficiente de arrasto A NBR 6123 (1988) considera que, o coeficiente de arrasto é uma estimativa de resistência de cada edificação, que pode assumir diversos valores, a partir da forma, relação altura por comprimento e os números de Reynolds, exposto na Tabela 10 da referida norma. Ainda na NBR 6123 (1988), pode-se obter o valor do coeficiente de arrasto de edificações paralelepipédicas, através de 2 ábacos, caracterizados por ventos de baixa turbulência e alta turbulência, conforme a Figura 5 e Figura 6. Figura 5 – Ábaco de coeficiente de arrasto para edificações paralelepipédicas em ventos de baixa turbulência. Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas – NBR 6123 (1988, p. 20). 39 Figura 6 – Ábaco de coeficiente de arrasto para edificações paralelepipédicas em ventos de alta turbulência. Fonte: Associação Brasileira de Normas Técnicas – NBR 6123 (1988, p. 24). 3.3.4. Forças estáticas Segundo Silva (1996, p. 4) o cálculo induzido pela NBR 6123 (1988), leva em consideração que as pressões exercidas pelo vento, tornam-se forças estáticas, que atuam na “superfície perpendicular à direção do vento”, implementados no cálculo de força global do vento. A componente da força global é descrita pela força de arrasto, através da expressão apresentada pela NBR 6123 (1988): Fa = Ca q Ae Sendo: Fa = força de arrasto (N); Ca = coeficiente de arrasto; Ae = área efetiva da superfície perpendicular à direção do vento (m²). 3.4. INFLUÊNCIA DAS EDIFICAÇÕES VIZINHAS Conforme a NBR 6123 (1988) disposto no Anexo G, deve-se dar atenção à influência da vizinhança, pois o escoamento do vento pode ser alterado, interferindo na estrutura com esforços adicionais. 40 Com a dificuldade de normatizar, todas as possibilidades possíveis que os efeitos de vizinhança podem causar, a norma brasileira considera somente três possibilidades, que serão explicadas nos próximos tópicos, dentre tantas outras, devidas a grande quantidade de parâmetros e possibilidades, contudo, recomenda que ensaios em túnel de vento sejam realizados, para reproduzir as condições de vizinhança e características do vento natural, para obtenção de valores mais precisos. Ainda a NBR 6123 (1988, p. 58) também alega que, “não é possível indicar valores para este fenômeno de modo genérico e normativo”, porém, é possível prevê uma aproximação do aumento dos coeficientes aerodinâmicos, através de considerações explicitas na página 58 da referida norma. Há ainda a diminuição das forças aerodinâmicas entre edifícios próximos. Houghton e Carruthers (1976 apud BÊNIA, 2013) alegam que em alguns casos, a incidência do vento é diminuída por conta do efeito de proteção vizinha, conforme mostra a Figura 7. Figura 7 – Diminuição da incidência da força de vento, por efeito de proteção de edificação vizinha. Fonte: Houghton e Carruthers (1976 apud BÊNIA, 2013). Esta diminuição de incidência acontece, pelo fato do edifício na parte posterior, não ser sujeito à pressão dinâmica do vento em sua forma integral, através do efeito de turbulência de esteira, como visto no capítulo 3.4.3. Edifícios isolados, segundo a NBR 6123 (1988), devem ter uma majoração de até 30% nos esforços calculados. Carpeggiani (2004) afirma que a vizinhança, dependendo do posicionamento, pode alterar as respostas de torção entre 30 a 40%, porém, em algumas posições, estes ajustes aumentaram o escoamento do vento a valores críticos. Kwok (1995 apud CARPEGGIANI, 2004) debate valores críticos de 400% na resposta do vento. O edifício sede do Citibank, localizado na Avenida Paulista no Estado de São Paulo, segundo Blessmann (1992 apud CARPEGGIANI, 2004) poderia ter o seu 41 momento torçor acrescido de até 125%, em certas situações de incidência do vento, caso fosse caracterizado isoladamente. 3.4.1. Efeito Venturi A NBR 6123 (1988, p. 58) salienta que, Edificações vizinhas podem, por suas dimensões, forma e orientação, causar um “afunilamento” do vento, acelerando o fluxo de ar, com consequente alteração nas pressões. Este efeito aparece principalmente em edificações muito próximas, caso em que já foram observados coeficientes de pressão negativos (sucções) excedendo, em módulo, o valor 2,0. Estas pontas de sucção verificaram-se nas paredes confrontantes das duas edificações, próximo à aresta de barlavento. A NBR 6123 (1988) salienta que, por motivos de dimensões, forma e locação, as edificações vizinhas podem criar um efeito chamado Venturi, que é proporcionado pelo afunilamento daquela região por onde o vento passaria naturalmente, afetando o escoamento do ar, consequentemente, alteração nas pressões, como ilustra a Figura 8. Segundo Blocken et al. (2008), dependendo da direção do vento entre as edificações, pode ser categorizado como passagem convergente ou passagem divergente, sendo que a última oferece condições são mais severas, no nível próximo ao solo. Figura 8 – Afunilamento entre edificações vizinhas. Fonte: Carpeggiani (2004, p. 5). No caso do edifício sede do Citibank, localizado em São Paulo, Blessmann (1992), reproduziu uma simulação do edifício, próximo a outros existentes ao redor, 42 procedendo em 2 vezes mais sucção do que valores obtidos isoladamente. 3.4.2. Deflexão do vento A deflexão do vento na direção vertical é tratada pela NBR 6123 (1988), consistindo em um efeito, ao qual parcela do vento incidente sobre a fachada, desvia o escoamento para baixo, consequentemente, aumenta a velocidade do vento próximo ao solo. As edificações situadas nestas regiões poderão apresentar valores de cargas maiores, sendo necessário considerar estas durante o projeto, como revela a Figura 9. Figura 9 – Desvio do escoamento do vento incidir sobre a fachada de um edifício. Fonte: Wise (1971, p. 471). 3.4.3. Turbulência da esteira Bailey e Kwok (1985) em uma investigação, através de estudos em túnel de vento chegaram à conclusão que, um edifício localizado a barlavento, pode causar interferência na turbulência de esteira de um edifício a sotavento, afetando a sua resposta transversal e longitudinal. Com isso a NBR 6123 (1988, p. 58) complementa que, Uma edificação situada a sotavento de outra pode ser afetada sensivelmentepela turbulência gerada na esteira da edificação de barlavento, podendo causar efeitos dinâmicos (“efeitos de golpe”) consideráveis e alterações nas pressões. Estas são particularmente importantes em edificações com coberturas e painéis de vedação feitos de materiais leves. Cook (1990 apud CARPEGGIANI, 2004) definiu três regimes distintos de escoamentos, conforme a Figura 10, para edificações enfileiradas na direção do vento, sendo eles: 43 Figura 10 – Regime de escoamento: (a) corpo isolado, (b) deslizante, (c) interferência de esteira. Fonte: Carpeggiani (2004). a) Corpos afastados a uma distância X, não transferem efeitos à vizinhança, isto é, a esteira e os efeitos de proteção não serão alterados (COOK, 1990 apud CARPEGGIANI, 2004). b) Corpos distanciados a X, podem formar uma zona estável, que provocará a criação de vórtice entre as edificações. Nesta situação, o efeito de proteção é aumentado, enquanto o edifício posterior é reduzido (COOK, 1990 apud CARPEGGIANI, 2004). c) Caso a distância entre as edificações seja entre o regime de corpo isolado e deslizante, haverá ausência de espaço para formação completa da esteira, logo a falta de criação de um vórtice estável (COOK, 1990 apud CARPEGGIANI, 2004). Enquanto Blessmann (2011 apud ALBERTI, 2015, p. 48) descreve 3 classes de corpos, abordados de acordo com a Figura 11 a seguir: i) Corpos afilados ou aerodinâmicos: Blessmann (2011 apud ALBERTI, 2015, p. 48) relata que estes, criam 44 gradientes de pressões ao longo do corpo, onde a esteira formada é estreita, não havendo descolamento da camada limite. É influenciada pelo número de Reynolds, da turbulência de esteira e da rugosidade superficial. ii) Corpos rombudos arredondados: Blessmann (2011 apud ALBERTI, 2015, p. 48) aborda que, estes também variam com o número de Reynolds, entretanto diferentemente do anterior, o gradiente de pressão e esteira podem variar, de acordo com as “condições de fluxo, grau de descolamento da camada limite, rugosidade superficial, forma e orientação do corpo no escoamento”. iii) Corpos rombudos angulosos: Blessmann (2011 apud ALBERTI, 2015, p. 48) define que nestes, o descolamento da camada de ar acontece, em pontos definidos nas arestas do volume. As esteiras são em maiores proporções e mais turbulentas. Figura 11 – Padrão de esteiras formadas por corpos aerodinâmicos e rombudos. Fonte: Blessmann (2011 apud ALBERTI, 2015, p. 49). 45 4. ASPECTOS GERAIS SOBRE O TÚNEL DE VENTO Os túneis de vento aerodinâmicos, são equipamentos que permitem estudar as forças submetidas por correntes de ar, aproximadamente uniforme e permanente (MONTEFUSCO, 2008). Nesse meio, esta ferramenta forneceu à Engenharia Civil, cada vez mais possibilidades de diminuir os problemas com ventos em edificações, no fornecimento de uma previsão mais apurada dos carregamentos, através da racionalização da estrutura, e a contribuição do entendimento das características particulares dos efeitos turbulentos (TREIN, 2005). Montefusco (2008, p. 4) afirma que: [...] um túnel aerodinâmico é uma instalação geradora de uma corrente de ar artificial, com características especiais, destinada à simulação experimental de certos tipos de escoamentos reais. A qualidade de um túnel aerodinâmico como instrumento depende do rigor com que se obtém as características do escoamento experimental fixadas a priori, da precisão com que se realizam as necessárias operações de manobra e regulagem, e da facilidade e economia da sua exploração. Desta forma, estes túneis de vento vêm sendo um auxílio aos métodos analíticos, na obtenção das estimativas de respostas dinâmicas de edifícios altos. Algumas construções conhecidas vieram a ser projetadas, com a assistência de ensaios em túneis de vento, como World Trade Center, Sears Towers, as duas torres gêmeas (TREIN, 2005). A preocupação em conhecer as respostas dinâmicas nas edificações, só gerou estímulo no início do século XX, após a implementação de arranha-céus e o desastre na ponte de Tacoma Narrows, ilustrado na Figura 12. No Brasil, pode-se citar como exemplo de acidente que teve o vento como uma das causas, o edifício Real Class em Belém do Pará, exposto na Figura 13 (TREIN, 2005; MONTEFUSCO, 2008; OLIVEIRA et al., 2011). Andrade Júnior e Calil Júnior (2004) asseguram que o ensaio em túnel de vento, tem como objetivo simular as condições naturais de um local, para fornecer resultados semelhantes de pressões externas a um modelo reduzido, através de técnicas empregadas que simulam a camada limite atmosférica como, a geração do escoamento de ar e turbulência. Este modelo deve ser dimensionado a partir de fatores de escala que tenha relação ao modelo real. 46 Figura 12 – Seção da estrutura do tabuleiro da ponte de Tacoma Narrows em colapso. Fonte: Amman, Von Kármán e Woodruff (1941). Figura 13 – Antes e depois ao desabamento do edifício Real Class em Belém do Pará. Fonte: Veludo (2011). 47 Cermak (1989 apud MONTEFUSCO, 2008) destaca quatro tipos de ensaios em túneis de vento, destinados a projetos de estruturas, apresentados no Quadro 4. Quadro 4 – Tipos de ensaio em túneis de vento. Tipo de Ensaio (Nome) Dado Medido 1. Modelo rígido de pressão estática (RPM) Pressão média, máxima e mínima; Velocidade média do vento e efetiva; Pressões instantâneas. 2. Modelo rígido com balança de baixa frequência (RF-FBM) Forças e momentos médios. 3. Modelo rígido com balança de alta frequência (RH-FBM) Forças e momentos médios de natureza dinâmica. 4. Modelo aeroelástico (AM) Momentos e deslocamentos; Aceleração. Fonte: Cermak (1989 apud MONTEFUSCO, 2008). Em 2012, o LAC teve o registro de mais de 300 projetos na construção civil. O início do procedimento é feito pelo envio das plantas em AutoCAD, os engenheiros do LAC realizam uma maquete da edificação real, condicionando o contexto de entorno. Estes ensaios têm investimento de 1% do valor da obra (LOREDO-SOUZA, 2012). 4.1. DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO A Figura 14 expõe os 2 tipos de túnel de ventos muito usados para fins de edificações, o de circuito fechado e o de circuito aberto. Para o mesmo fim no Brasil, esta ordem de túneis se estabelece em: túnel de vento da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), e o túnel de vento do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) em São Paulo. O Instituto Tecnológico da Aeronáutica (ITA), em São José dos Campos, também possui o seu próprio túnel de vento, no entanto, é voltado a projetos de aviação (MONTEFUSCO, 2008; FARIA, 2014). Cada sistema será abordado nos tópicos 4.2 e 4.3. Cada sistema de túnel de vento possui seus equipamentos e dispositivos, que moldam as características do vento, que medem em modelos reduzidos os coeficientes de pressão e arrasto, através de sensores de pressões piezorresistivo, localizados nas faces externas do modelo reduzido e, fornecem os dados à softwares de análise, criando um gráfico tridimensional, com a distribuição de pressão aplicada pelo vento em diversos pontos da estrutura, conforme a Figura 15 (FARIA, 2014). 48 Figura 14 – Túnel de retorno fechado da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil (a), e túnel de retorno aberto da Universidad Nacional del Nordeste, Resistência, Argentina (b). (a) (b) Fonte: Loredo-Souza, Schettini e Paluch (2004). Figura 15 – (a) Maquete reduzidos com sensores de pressão, (b) dispositivo de recebimento de dados dos sensores de pressão piezorresistivos, e (c) resultadosem software através da análise da pressão do vento em uma fachada. (a) (b) (c) Fonte: Faria (2014). 49 De acordo com Loredo-Souza, Schettini e Paluch (2004), é necessário haver mecanismos no interior do túnel de vento, que proporcionem ventos e turbulência naturais, para a criação de uma camada limite em baixa altitude, contudo, está camada possui um crescimento lento em cada um dos modelos acima, devido a isto, são utilizados métodos que incorporam dispositivos e técnicas, a fim de acelerar o crescimento natural desta camada, sem alterar as características do sistema. A incorporação de dispositivos ajuda na caracterização de rugosidade encontrada pelas normas de vento. Entre os dispositivos, como é mostrado na Figura 16 e Figura 17, a barreira é utilizada para fornecer escoamento ao nível de piso; o dispositivo de mistura gera vórtices em regiões que, dependem do tipo de dispositivo usado; e elementos de rugosidade ao longo do túnel de vento, que simulam as características dos terrenos e entorno à edificação ensaiada (LOREDO-SOUZA; SCHETTINI; PALUCH, 2004). Tais características de terreno e entorno, foram discutidas em 3.2.2 deste trabalho. Entretanto, verifica-se que as edificações vizinhas interferem diretamente nos coeficientes de pressão da edificação estudada (CARPEGGIANI, 2004, BLESSMANN, 1992; ALBERTI, 2015; BÊNIA, 2013), portanto é relevante simular as condições detalhadas do local, usando um “modelo de vizinhança”, representada na Figura 18 (LOREDO-SOUZA; SCHETTINI; PALUCH, 2004). Figura 16 – Simuladores de rugosidade usados dentro de túnel de vento. Fonte: Loredo-Souza, Schettini e Paluch (2004). 50 Figura 17 – Dispositivos de geração das características de camada limite e rugosidade: (a) Túnel de vento da Universidad Nacional Del Nordeste, Resistência, Argentina; (b) e (c) Túnel de vento da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brasil. Fonte: Loredo-Souza, Schettini e Paluch (2004). Figura 18 – Modelos de vizinhança construídos para ensaios em túnel de vento de edificações. Fonte: Loredo-Souza, Schettini e Paluch (2004). 4.2. TÚNEL DE VENTO DE CIRCUITO ABERTO De acordo com o site do IPT (2016a), o maior túnel de vento para aplicações em engenharia da América Latina, com 40 metros de comprimento, pertence ao Instituto de Pesquisa Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), está localizado na cidade de São Paulo. A atuação deste tipo de túnel segundo o IPT (2016a), abrange diversos setores, com intervenções desde estádios de futebol como o Castelão-CE, Arena Pantanal-MT 51 e Morumbi-SP, até plataformas de petróleo da Petrobrás, como mostra a Figura 19. Nader (2014) declara que o túnel de vento do IPT, constitui de seção de testes de 3 metros de largura por 2 metros de altura, permite ensaios de modelos com escala 1:100 a 1:1000 ou modelos com altura máxima de 1,40 metros de altura. Figura 19 – Maquete em túnel de vento e mapa de coeficientes de pressão de vento indicada: (a) Arena Pantanal; (b) Estádio do Morumbi. Fonte: IPT (2016b). Segundo Silva Júnior (2006) as vantagens e desvantagens do túnel de circuito aberto em comparação ao de circuito fechado, são abordadas abaixo: Vantagens Economicamente mais baixo o custo referente à construção; Menor ocupação de espaço; Caso seja tenha saída para área externa, não se contamina com fumaça, gases, etc.; Temperatura interna chega a ser constante. 52 Desvantagens Dificuldade em obter qualidade no escoamento no ensaio; Pode haver influência do meio externo na saída do túnel de vento, caso seja aberta para área externa; Maior potência de consumo; Tendem a ser barulhentos; Seção de trabalho requer atenção, pois pode haver perda de pressão atmosférica. 4.3. TÚNEL DE VENTO DE CIRCUITO FECHADO Em 1972, foi construído o túnel de vento da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, sendo coordenado por Acir Mércio Loredo-Souza, está localizado dentro do Laboratório de Aerodinâmica das Construções (LAC) e é caracterizado como o equipamento mais completo da América Latina (SANTOS, 2012). A Figura 20 apresenta uma visão entre a edificação real e as maquetes no túnel de vento da UFRGS. Figura 20 – Visão Real e maquete em túnel de vento: (a) Ponte Estaiada Octávio Frias de Oliveira, São Paulo; (b) Edifício Sunset Residence, Novo Hamburgo. Fonte: LAC (2008; 2005a). 53 Este túnel de vento é classificado como um túnel de vento de retorno fechado, a câmara principal possui dimensões de 130 cm x 90 cm x 932 cm, e proporciona um escoamento de ar uniforme de 42 m/s (150 km/h) (LAC, 2005b). Segundo Silva Júnior (2006) as vantagens e desvantagens do túnel de circuito fechado em comparação ao de circuito aberto, são abordadas abaixo: Vantagens Requer menos energia para uma determinada dimensão da câmara e velocidade de escoamento; Não a interferência externa ao escoamento, pois não renova a massa de ar apenas a recircula, com isso obtendo se um escoamento uniforme; Pressão dentro da câmara e próxima a atmosférica. Desvantagens Custo de fabricação elevado; Maior área ocupação; Temperatura do túnel cresce gradativamente, ou seja, não permanece constante. 54 5. RELATOS DE CASOS 5.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS Neste capítulo, serão abordados 5 relatos encontrados na literatura referentes a edificações altas, subdivididos em 3 relatos de edificações, que passaram por processo de verificação das pressões exercidas sobre as fachadas, enquanto nos 2 relatos restantes, serão discutidos sobre a influência dos efeitos da vizinhança. Estes relatos foram estudados no sentido de conhecer e demostrar as reais forças atuantes pelo vento, argumentado amplamente no presente trabalho. O tratamento da abordagem dos relatos será de forma distinta, com a sucessão das informações de cada estrutura, a partir do perfil, forma, dimensões reais, dentre outras. Em seguida, será esclarecido os modos e parâmetros na reprodução das análises feitas no ensaio em túnel de vento e, considerações nos procedimentos de cálculo recomendados pela NBR 6123 (1988). Por fim, serão apresentados os resultados encontrados, além de uma breve discussão sobre o quociente. Na apresentação dos resultados, haverá uma comparação acerca dos valores encontrados por meio de ensaio em túnel de vento, e os procedimentos de cálculo da NBR 6123 (1988), através da relação NBR/Túnel 5.2. EDIFÍCIO ESTUDADO POR SARMENTO (2015) 5.2.1. Descrição da obra Sarmento (2015) analisou a força nodal por pavimento de um edifício, que a ser construído em Caruaru-PE, consistido de 42 pavimentos (130,30 m) e geometria não regular. A planta baixa e elevação da edificação estudada por Sarmento (2015) se encontram na Figura 21. 55 Figura 21 – Planta baixa e elevação da edificação estudada por Sarmento (2015). Fonte: Sarmento (2015, p. 199) 56 5.2.2. Análise da obra A análise foi feita pelos métodos de cálculo de força global da NBR 6123 (1988) e de um ensaio em túnel de vento, no Laboratório de Aerodinâmica Industrial e Engenharia do Vento do IPT, correspondido pelo relatório técnico 138 649-205, datado em 20 de maio de 2014 (SARMENTO, 2015). No ensaio em túnel de vento, um modelo de escala 1:200 foi criado, apresentado na Figura 22. Houve a distribuição de 285 pontos de tomadas de pressão no entorno da edificação. O ângulo de incidência do vento (ϕ) teve origem conforme indicada na Figura 23, considerando apenasos ângulos de 0º e 90º (SARMENTO, 2015). Figura 22 – Detalhes do modelo reduzido da edificação e ambiente de ensaio no túnel de vento. Fonte: Sarmento (2015, p. 200). Para análise usando as recomendações da NBR 6123 (1988), foi considerado um cenário com base na visão de um projetista estrutural. Como não há uma geometria compatível com o modelo em planta baixa, empregou-se um modelo mais simplificado em forma retangular, com dimensões de 29,83 m, em x, 18,60 m, em y, e 130,30 m em z (altura da edificação), conforme Figura 23. Os ângulos de incidência 57 (ϕ) também tiveram origem nos ângulos 0º e 90º (SARMENTO, 2015). Figura 23 – Indicação da origem do ângulo de incidência (ϕ): (a) Posicionamento em planta para ensaio em túnel de vento; (b) Posicionamento em modelo utilizado para recomendações normativas. Fonte: Sarmento (2015, p. 180). Para os procedimentos de cálculo com a utilização da NBR 6123 (1988), os seguintes parâmetros foram considerados: V0 = 32 m/s; S1 = 1,0 (terreno plano ou fracamente acidentado); S2 = em função da altura (z), através da fórmula descrita no tópico 3.2.2 deste trabalho; S3 = 1,0 (edificação residencial com alto fator de ocupação); Ca = 1,42 em 0º e 1,20 em 90º (baseado na Figura 5). 5.2.3. Resultado dos métodos De posse a apresentação de cada método, compararam-se os valores de pressão usando os procedimentos de cálculo pela NBR 6123 (1988), e os resultados relatados em túnel de vento por Sarmento (2015). A Tabela 3 e Tabela 4 exibem a força nodal da ação do vento em Newton (N), para ventos incidentes a 0º e 90º, nas situações da NBR 6123 (1988) e ensaio em túnel de vento, além de verificar a relação NBR/Túnel entre métodos. 58 Tabela 3 – Ação do vento e diferença percentual calculado pelo túnel de vento e NBR 6123 (1988) para ventos incidentes a 0º. Pavimento Z (m) Força a 0º (N) Diferença (%) Túnel de Vento NBR 6123 (1988) NBR Túnel 1 13,3 32.678,0 27.590,1 -15,6 2 16,3 33.927,6 29.746,7 -12,3 3 19,3 33.179,8 31.665,4 -4,6 4 22,3 32.258,5 33.404,2 +3,6 5 25,3 32.677,9 35.001,2 +7,1 6 28,3 32.349,2 36.482,9 +12,8 7 31,3 31.847,3 37.868,7 +18,9 8 34,3 30.570,4 39.173,1 +28,1 9 37,3 31.148,2 40.407,4 +29,7 10 40,3 32.068,4 41.580,7 +29,7 11 43,3 31.769,1 42.700,2 +34,4 12 46,3 32.167,3 43.771,7 +36,1 13 49,3 32.660,9 44.800,4 +37,2 14 52,3 32.887,2 45.790,4 +39,2 15 55,3 33.392,6 46.745,2 +40,0 16 58,3 34.165,7 47.667,9 +39,5 17 61,3 34.402,9 48.561,2 +41,2 18 64,3 34.839,2 49.427,3 +41,9 19 67,3 35.901,3 50.268,3 +40,0 20 70,3 36.094,2 51.086,1 +41,5 21 73,3 36.334,1 51.882,1 +42,8 22 76,3 37.390,0 52.657,8 +40,8 23 79,3 37.642,5 53.414,6 +41,9 24 82,3 37.736,2 54.153,5 +43,5 25 85,3 38.453,7 54.875,7 +42,7 26 88,3 38.730,3 55.582,0 +43,5 27 91,3 38.999,8 56.273,4 +44,3 28 94,3 40.014,1 56.950,6 +42,3 29 97,3 40.354,2 57.614,4 +42,8 30 100,3 40.438,2 58.265,3 +44,1 31 103,3 41.894,0 58.904,2 +40,6 32 106,3 42.359,6 59.531,4 +40,5 33 109,3 42.555,2 60.147,6 +41,3 34 112,3 43.462,6 60.753,2 +39,8 35 115,3 43.768,3 61.348,8 +40,2 36 118,3 44.063,9 61.934,6 +40,6 37 121,3 44.552,7 62.511,1 +40,3 38 124,3 44.868,9 63.078,8 +40,6 39 127,3 44.676,7 63.637,8 +42,4 40 130,3 103.868,1 64.188,7 -38,2 Fonte: Sarmento (2015, p. 181). 59 Tabela 4 – Ação do vento e diferença percentual calculado pelo túnel de vento e NBR 6123 (1988) para ventos incidentes a 90º. Pavimento Z (m) Força a 90º (N) Diferença (%) Túnel de Vento NBR 6123 (1988) NBR Túnel 1 13,3 11.659,9 15.543,7 +33,3 2 16,3 11.659,9 16.758,7 +43,7 3 19,3 13.120,3 17.839,7 +36,0 4 22,3 14.398,0 18.819,3 +30,7 5 25,3 14.398,0 19.719,0 +37,0 6 28,3 14.558,1 20.553,8 +41,2 7 31,3 14.741,1 21.334,5 +44,7 8 34,3 14.741,1 22.069,3 +49,7 9 37,3 15.202,7 22.764,7 +49,7 10 40,3 15.895,1 23.425,7 +47,4 11 43,3 15.895,1 24.056,4 +51,3 12 46,3 16.087,6 24.660,1 +53,3 13 49,3 16.472,7 25.239,7 +53,2 14 52,3 16.472,7 25.797,4 +56,6 15 55,3 16.632,4 26.335,3 +58,3 16 58,3 17.071,6 26.855,2 +57,3 17 61,3 17.071,6 27.358,4 +60,3 18 64,3 17.221,3 27.846,4 +61,7 19 67,3 17.820,2 28.320,2 +58,9 20 70,3 17.820,2 28.780,9 +61,5 21 73,3 17.932,0 29.229,3 +63,0 22 76,3 18.658,6 29.666,4 +59,0 23 79,3 18.658,6 30.092,7 +61,3 24 82,3 18.708,3 30.509,0 +63,1 25 85,3 19.404,3 30.915,9 +59,3 26 88,3 19.404,3 31.313,8 +61,4 27 91,3 19.404,3 31.703,3 +63,4 28 94,3 19.750,7 32.084,8 +62,4 29 97,3 19.750,7 32.458,8 +64,3 30 100,3 19.750,7 32.825,5 +66,2 31 103,3 20.125,2 33.185,4 +64,9 32 106,3 20.151,9 33.538,8 +66,4 33 109,3 20.151,9 33.886,0 +68,2 34 112,3 20.835,4 34.227,2 +64,3 35 115,3 20.940,5 34.562,7 +65,1 36 118,3 20.940,5 34.892,7 +66,6 37 121,3 21.394,8 35.217,5 +64,6 38 124,3 21.507,9 35.537,3 +65,2 39 127,3 21.507,9 35.852,3 +66,7 40 130,3 10.484,2 36.162,6 +244,9 Fonte: Sarmento (2015, p. 182). 60 Sarmento (2015) notifica que o último pavimento apresentou grande variação nos resultados em túnel de vento, pois não houve um tratamento da geometria real nesta região. Desta forma, é possível verificar que à 0º, houve uma diferença na relação NBR/Túnel de -15,6% até +44,3%, o que caracteriza que em alguns casos, a norma é a favor da economia, enquanto que em 90º ocorre em +30,7% até +68,3%, sendo em todos os casos, a norma a favor da segurança. Com isso, determinou-se a força global da edificação, nos métodos de ensaio em túnel de vento e pela NBR 6123 (1988), com a respectiva diferença percentual global, esboçada pela relação NBR/Túnel, sem considerar o último pavimento, disposto na Tabela 5. Tabela 5 – Ação do vento e diferença percentual global da edificação estudada em ventos de 0º e 90º. INCIDÊNCIA DO VENTO FORÇA (N) Diferença (%) Túnel de Vento NBR 6123 (1988) NBR Túnel 0º 1.439.280,70 1.899.665,90 +32 90º 687.918,10 1.085.777,80 +57,8 Fonte: Sarmento (2015). Verifica-se que a maior diferença foi à 90º, onde é possível notar que caso esta edificação fosse calculada através norma, o coeficiente de pressão alcançaria quase 60% mais força, que por ensaio em túnel de vento, tornando a norma a favor da segurança. 5.3. EMPREENDIMENTO PROSPERITAS – ARRAIS (2011) 5.3.1. Descrição da obra Arrais (2011) estudou as pressões submetidas no empreendimento Prosperitas, localizado em São Paulo-SP, consistido de 32 pavimentos (146,0 m), com formato irregular, mudanças nas dimensões ao longo da altura e regiões inclinadas e curvas. A Figura 24 ilustra a planta baixa da edificação, enquanto a Figura 25 apresenta as fachadas frontal e lateral da edificação estudada. 61 Figura 24 – Planta baixa do empreendimento Prosperitas. Fonte: Arrais (2011). Figura 25 – Fachada frontal e lateral do empreendimento Prosperitas. Fonte: Arrais (2011). 5.3.2. Análise da obra A análise feita por Arrais (2011) discorre sobre o relatório técnico, elaborado pelo Laboratório de Aerodinâmica das Construções da UFRGS, em setembro de 2007, com autoria do Prof. Acir Mércio Loredo-Souza e sua equipe. A Figura 26 expressa as condições no entorno do empreendimento Prosperitas, 62 além de indicar a orientação do ângulo de incidência do vento, neste estudo, considerou-se apenas a fachada voltada para 90º. No ensaio em túnel de vento, construiu-se um modelo de escala 1:400, exibido na Figura 27. Houve a distribuição de 268 pontos de tomadas depressão, distribuídos de maneira a levantar obter um número representativo das pressões em toda a edificação (ARRAIS, 2011). Figura 26 – Projeção da área simulada em túnel de vento e condições no entorno do empreendimento Prosperitas. Fonte: Arrais (2011). Figura 27 – Detalhes do modelo reduzido do empreendimento Prosperitas e ambiente de ensaio no túnel de vento. Fonte: LAC (2007). 63 Assim como foi considerado no estudo de Sarmento (2015), este edifício também possui geometria não regular, tendo que transformar em um modelo mais simplificado, para que possa ser calculado pela NBR 6123 (1988). Para encontrar os valores de pressão em cada método proposto, Arrais (2011) dividiu a fachada estudada em 7 zonas verticais, e somente no caso de sucção através da NBR 6123 (1988), decompôs a fachada em 5 regiões horizontais, como delineado na Figura 28, contudo, está decomposição em regiões horizontais não é considerada nas sobrepressões. Para os procedimentos de cálculo com a utilização da NBR 6123 (1988), os seguintes parâmetros foram considerados: V0 = 38 m/s (através da isopleta); S1 = 1,0 (terreno plano ou fracamente acidentado); S2 = 1,229 (calculado com base no topo da edificação); S3 = 1,0 (edificação residencial com alto fator de ocupação); Ca = 1,40 em 90º (baseado na Figura 5). Figura 28 – Divisão da fachada empreendimento Prosperitas: (a) 8 zonas verticais para uso em cada método para sucção e sobrepressão; (b) inserção de regiões, exclusivo para o método de sucção pela NBR 6123 (1988). Fonte: Adaptado de Arrais (2011). 64 5.3.3. Resultados dos métodos Após a apresentação de cada método, levantou-se os valores de pressão usando os procedimentos de cálculo pela NBR 6123 (1988), e os resultados relatados em túnel de vento por Arrais (2011). Em cada um dos casos, adotou-se o maior valor presente dentro dos limites de zona e região. Os valores de pressões à 90º pelo procedimento da NBR 6123 (1988) e ensaio de túnel de vento, estão descritos em kPa (1 Quilopascal = 1000 N/m2) nos resultados de sucção na Tabela 6 e sobrepressões na Tabela 7. Tabela 6 – Comparativo entre os resultados de sucção na fachada do empreendimento Prosperitas. Zona Região 1 Região 2 Região 3 Região 4 Região 5 NBR (kPa) Túnel (kPa) NBR Túnel NBR (kPa) Túnel (kPa) NBR Túnel NBR (kPa) Túnel (kPa) NBR Túnel NBR (kPa) Túnel (kPa) NBR Túnel NBR (kPa) Túnel (kPa) NBR Túnel VIIb -1,5 -2,0 -25% -1,5 -2,5 -40% -1,5 -4,0 -63% - - - - - - VIIa -1,5 -3,0 -50% -1,5 -2,5 -40% -1,0 -3,0 -67% -1,5 -3,0 -50% -1,5 -3,5 -57% VI -1,5 -2,5 -40% -1,5 -2,5 -40% -1,0 -3,5 -71% -1,5 -3,5 -57% -1,5 -3,5 -57% V -1,5 -3,0 -50% -1,5 -3,0 -50% -1,0 -2,5 -60% -1,5 -3,0 -50% -1,5 -3,0 -50% IV -1,5 -3,0 -50% -1,5 -3,0 -50% -1,0 -2,5 -60% -1,5 -3,0 -50% -1,5 -3,0 -50% III -1,5 -3,0 -50% -1,5 -3,0 -50% -1,0 -2,5 -60% -1,5 -3,5 -57% -1,5 -4,0 -63% II -1,5 -2,5 -40% -1,5 -2,5 -40% -1,0 -2,5 -60% -1,5 -3,0 -50% -1,5 -4,0 -63% I -1,5 -3,0 -50% -1,5 -3,0 -50% -1,0 -1,5 -33% - - - - - - Fonte: Arrais (2011). Tabela 7 – Comparativo entre os resultados de sobrepressão na fachada do empreendimento Prosperitas. Zona NBR (kPa) Túnel (kPa) NBR Túnel VIIb 1,0 1,5 -33% VIIa 1,0 2,0 -50% VI 1,0 2,5 -60% V 1,0 1,5 -33% IV 1,0 1,0 0% III 1,0 1,5 -33% II 1,0 1,0 0% I 1,0 1,0 0% Fonte: Arrais (2011). Na fachada que ocorreu sucção, percebe-se que nenhum valor de coeficiente de pressão da norma, assemelhou-se com o túnel de vento. A região central (região 3), teve a maior variação de -33% a -71%. Este coeficiente teve maior semelhança na região 1, zona VIIb, alcançando -25% de diferença entre os resultados. 65 Na fachada que ocorreu sobrepressão, 3 coeficientes atingiram o valor do túnel de vento, no entanto, a zona VI teve relação NBR/Túnel de -60% de diferença. Por meio dos 2 resultados apresentados acima, pode-se considerar que a norma está sempre a favor da economia, uma vez que nenhum valor deu superior ao encontrado pelo túnel de vento. 5.4. ODEBRECHT ATLANTA – ARRAIS 2 (2011) 5.4.1. Descrição da obra Arrais (2011) analisou a ação estática do vento no empreendimento Odebrecht Atlanta, localizado em Alphaville-SP, consistido de 27 pavimentos (129,20 m), de forma quadrada com chanfros nos cantos para redução das pressões negativas (sucção). As fachadas frontal e lateral do edifício, bem como a planta baixa, são apresentadas respectivamente nas figuras 29 e 30. Figura 29 – Fachada frontal e lateral do empreendimento Odebrecht Atlanta. Fonte: Arrais (2011). 66 Figura 30 – Planta baixa do empreendimento Odebrecht Atlanta. Fonte: Arrais (2011). 5.4.2. Análise da obra Arrais (2011) efetuou a análise sobre o relatório técnico, elaborado pelo Laboratório de Aerodinâmica das Construções da UFRGS, em dezembro de 2007, com autoria do Prof. Acir Mércio Loredo-Souza e sua equipe. Para a realização do ensaio em túnel de vento, construiu-se um modelo reduzido na escala 1:400, como exibido na Figura 32. A distribuição dos pontos de tomada de pressão, ocorreu em 315 posições diferentes, com a finalidade de obter valores representativos de toda a fachada exposta a pressão de vento. A Figura 31 expressa as condições no entorno da área do empreendimento Odebrecht Atlanta, ao mesmo tempo exibe o ângulo de incidência do vento. No estudo em questão, considerou apenas a fachada voltada para 90º. Figura 31 – Detalhes do modelo reduzido do empreendimento Odebrecht Atlanta e ambiente de ensaio no túnel de vento. Fonte: Arrais (2011). 67 Figura 32 – Projeção da área simulada em túnel de vento e condições no entorno do empreendimento Odebrecht Atlanta. Fonte: Arrais (2011). Este edifício se diferencia dos anteriores por apresentar uma geometria simétrica (regular), com isso não sendo necessário sua simplificação. No âmbito de encontrar os valores de sucção em cada método proposto, Arrais (2011) dividiu a fachada estudada em 8 zonas verticais, e para comparação com a NBR 6123 (1988), decompôs a fachada em 3 regiões horizontais, como esquematizado na Figura 33, contudo, está decomposição em regiões horizontais não é considerada nas sobrepressões. Para os procedimentos de cálculo com a utilização da NBR 6123 (1988), os parâmetros seguintes foram considerados: V0 = 38 m/s; S1 = 1,0 (terreno plano ou fracamente acidentado); S2 = 1,2141 (calculado com base no topo da edificação); S3 = 1,0 (edificação residencial com alto fator de ocupação); Ca = 1,32 em 0º e 1,32 em 90º (baseado na Figura 5). 68 Figura 33 – Divisão da fachada do empreendimento Odebrecht Atlanta: (a) 8 zonas verticais para uso em cada método para sucção e sobrepressão; (b) inserção de regiões, exclusivo para o método de sucção pela NBR 6123 (1988). Fonte: Adaptado de Arrais (2011). 5.4.3. Resultados dos métodos Após a apresentação de cada método, levantou-se os valores de pressão usando os procedimentos de cálculo pela NBR 6123 (1988), e os resultados relatados em túnel de vento por Arrais (2011). Em cada um dos casos, adotou-se o maior valor presente dentro dos limites de zona e região. Os valores de pressões à 90º pelo procedimento da NBR 6123 (1988) e ensaio de túnel de vento, estão descritos em kPa (1 Quilopascal = 1000 N/m2) nos resultados de sucção na Tabela 8 e sobrepressões na Tabela 9. 69 Tabela 8 – Comparativo entre os resultadosde sucção na fachada do empreendimento Odebrecht Atlanta. Zona Região 1 Região 2 Região 3 NBR (kPa) Túnel (kPa) NBR Túnel NBR (kPa) Túnel (kPa) NBR Túnel NBR (kPa) Túnel (kPa) NBR Túnel VIII -1,5 -2,5 -40% -1,0 -1,5 -33% -1,5 -2,5 -40% VII -1,5 -2,5 -40% -1,0 -1,5 -33% -1,5 -2,5 -40% VI -1,5 -2,5 -40% -1,0 -1,5 -33% -1,5 -2,5 -40% V -1,5 -2,0 -25% -1,0 -2,0 -50% -1,5 -2,0 -25% IV -1,5 -2,5 -40% -1,0 -2,0 -50% -1,5 -2,0 -25% III -1,5 -2,5 -40% -1,0 -2,0 -50% -1,5 -2,0 -25% II -1,5 -2,0 -25% -1,0 -2,0 -50% -1,5 -2,5 -40% I -1,5 -2,0 -25% -1,0 -2,0 -50% -1,5 -1,5 0% Fonte: Arrais (2011). Tabela 9 – Comparativo entre os resultados de sobrepressão na fachada do empreendimento Odebrecht Atlanta. Zona NBR (kPa) Túnel (kPa) NBR Túnel VIII 1,0 3,0 -67% VII 1,0 1,5 -33% VI 1,0 1,5 -33% V 1,0 1,5 -33% IV 1,0 1,0 0% III 1,0 1,0 0% II 1,0 1,0 0% I 1,0 1,0 0% Fonte: Arrais (2011). Os resultados de sucções revelaram que, apenas na região 3, zona I, houve semelhança entre o coeficiente de pressão aferido pela norma e túnel de vento, enquanto as outras variações tiveram variações de -25% a -50%, com destaque a região 2 (central), que se mostrou a mais deficitária, com valores variando de -33% a -50%. Os resultados de sobrepressão apresentou um gradiente de semelhança entre métodos, visto que do início (zona I) até a zona central (zona IV), os coeficientes atingiram o valor do túnel de vento, no entanto a partir da zona V, este coeficiente teve variação de -33% até o próximo ao topo, que alcançou relação NBR/Túnel de -67%. Por meio dos 2 resultados apresentados acima, pode-se considerar que a norma está sempre a favor da economia, uma vez que nenhum valor deu superior ao encontrado pelo túnel de vento. 70 5.5. EDIFÍCIO GRAÇA – FERNANDES (2013) 5.5.1. Descrição da obra Fernandes (2013) estudou a influência do efeito de vizinhança no edifício Graça, construído em Salvador/BA, constituído em uma altura total de 112,71 m, com dimensões máximas em sua base de 22,02 x 14,55 m e geometria irregular. A Figura 34 ilustra a planta baixa da edificação, indicando também o ângulo de incidência do vento, bem como a projeção de um retângulo, para cálculo através da norma, enquanto a Figura 35 apresenta as fachadas frontal e lateral da edificação. Figura 34 – Fachada frontal e lateral do edifício Graça. Fonte: Fernandes (2013). 71 Figura 35 – Planta baixa do edifício Graça, indicando o ângulo de incidência do vento e a projeção de um retângulo para cálculo através da norma. Fonte: Fernandes (2013). 5.5.2. Análise da obra A análise feita por Fernandes (2013) é referente ao relatório técnico, elaborado pelo Laboratório de Aerodinâmica das Construções da UFRGS, em 2012, com autoria do Prof. Acir Mércio Loredo-Souza e sua equipe. No ensaio em túnel de vento, construiu-se um modelo reduzido de escala 1:250, exibido na Figura 36. O modelo assemelha a forma geométrica, cinemática e dinâmica da estrutura real. A Figura 37 demostra uma projeção das condições de contorno do edifício Graça, além de indicar a orientação do ângulo de incidência do vento na região (FERNANDES, 2013). Figura 36 – Ambiente de ensaio no túnel de vento do modelo reduzido do edifício Graça. Fonte: Fernandes (2013). 72 Figura 37 – Projeção da área simulada em túnel de vento e condições no entorno do edifício Graça. Fonte: Fernandes (2013). Para os procedimentos de cálculo através da NBR 6123 (1988), os seguintes parâmetros foram considerados: V0 = 30 m/s; S1 = 1,0 (terreno plano ou fracamente acidentado); S2 = em função da altura (z); S3 = 1,0 (edificação residencial com alto fator de ocupação); Ca = 1,30 em 0º e 1,50 em 90º (baseado na Figura 5). Na abordagem dos cálculos diante a norma, determinou-se a edificação livre de vizinhança. 5.5.3. Resultados dos métodos Após a apresentação de cada método, levantou-se os valores de esforço cortante na base da edificação, através da NBR 6123 (1988) na situação de edificação isolada, e os resultados relatados em túnel de vento com vizinhança, na direção X e Y, descritos no Gráfico 3 e Gráfico 4. 73 Gráfico 2 – Esforço cortante na direção X para o edifício Graça. Fonte: Fernandes (2013). Gráfico 3 – Esforço cortante na direção Y para o edifício Graça. Fonte: Fernandes (2013). Na direção X, é observado que em 2 situações o esforço cortante resultante da norma, torna-se inferior ao túnel de vento, sendo a primeira entre o ângulo de incidência de 315 e 30º e a segunda entre 195 e 225º, contudo, na direção Y, apenas uma vez ocorre esta superação, sendo no ângulo de 300º. A Tabela 10 apresenta uma comparação dos valores máximos obtidos dos esforços cortantes, na direção X e Y, entre os resultados referentes ao ensaio em túnel de vento com vizinhança e o verificado pela NBR 6123 (1988) na edificação isolada, por fim o valor da relação NBR/Túnel. 74 Tabela 10 – Comparação dos valores máximos de esforço cortante devido a vizinhança no edifício Graça. EIXO MÉTODO DE ESTUDO (kN) NBR Túnel NBR – isolado Túnel – vizinhança X 1.242 1.577 -21,24% Y 2.138 2.290 -6,64% Fonte: Fernandes (2013). Após estes dados, ressalta-se o aumento do esforço cortante da norma, em relação ao túnel de vento nos 2 eixos. A maior variação ocorreu no eixo X, onde este esforço máximo teve relação NBR/túnel de -21,24%. A característica da norma nos 2 eixos é voltada a economia. 5.6. COMPLEXO ROCHAVERÁ – CARPEGGIANI (2015) 5.6.1. Descrição da obra Segundo a empresa Emporis (2015), o complexo RochaVerá é composto de 4 edificações, construídos em São Paulo/SP, onde 2 prédios semelhantes, foram construídos em 2008, enquanto os outros 2 foram construídos anos posteriores. Carpegianni (2004) estudou a influência do efeito de vizinhança no complexo RochaVerá, nos 2 primeiros prédios, intitulados de A e B, através de uma análise em túnel de vento em 2 situações: (a) Edificações A e B isoladas, e (b) edificações A e B com a vizinhança futura. A Figura 38 exibe uma perspectiva artística do complexo RochaVerá, com a indicação dos respectivos prédios. Os edifícios A e B possuem dimensões máximas de 47,60 x 35,60 x 75,00 m, incluindo geometria não regular, como observado na planta baixa da Figura 39. O prédio C tem dimensões de 35,60 x 47,60 x 123,00 m. O prédio D tem dimensões de 62,00 x 41,00 x 43,00 m (CARPEGGIANI, 2004). 75 Figura 38 – Perspectiva artística do complexo RochaVerá e indicação de cada edificação. Fonte: Carpeggiani (2004). Figura 39 – Planta baixa do edifício A e B do complexo RochaVerá. Fonte: Carpeggiani (2004). 5.6.2. Análise da obra A análise feita por Carpeggiani (2004) é referente ao relatório técnico, elaborado por Acir Mércio Loredo-Souza e Marcelo Maia Rocha em 2001. No ensaio em túnel de vento, construiu-se um modelo reduzido de escala 1:400, exibido na Figura 40. Nos modelos, houve a distribuição de 110 pontos de tomadas de pressão no entorno de cada edificação. A Figura 41 indica o ângulo de incidência do vento na região, e a orientação de cada força, ao passo que a Figura 42 indica a posição de cada edificação e condições de contorno das edificações (CARPEGGIANI, 2004). 76 Figura 40 – Ambiente de ensaio no túnel de vento do modelo reduzido do Complexo RochaVerá. Fonte: Carpeggiani (2004). Figura 41 – Indica o ângulode incidência do vento, e a orientação de cada força na edificação. Fonte: Carpeggiani (2004). Figura 42 – Posição de cada edificação e condições de contorno do Complexo RochaVerá. Fonte: Carpeggiani (2004). 77 Para os procedimentos de cálculo através da NBR 6123 (1988), os seguintes parâmetros foram considerados: V0 = 38 m/s; S1 = 1,0 (terreno plano ou fracamente acidentado); S2 = em função da altura (z); S3 = 1,0 (edificação residencial com alto fator de ocupação); Ca = 1,26 em 0º e 0,90 em 90º (baseado na Figura 5). Na abordagem dos cálculos diante a norma, determinou-se a edificação livre de vizinhança. 5.6.3. Resultados dos métodos Após a apresentação de cada método, verificou-se o coeficiente de força na base da edificação, através da NBR 6123 (1988) com a edificação isolada, e os resultados relatados em túnel de vento isolado e com vizinhança, na direção X e Y, descritos no Gráfico 3 e Gráfico 4. Gráfico 4 – Relação entre ângulo de incidência do vento e coeficiente de força, na direção X, para o complexo RochaVerá. Fonte: Carpeggiani (2004). 78 Gráfico 5 – Relação entre ângulo de incidência do vento e coeficiente de força, na direção Y, para o complexo RochaVerá. Fonte: Carpeggiani (2004). Para tais registros, é possível constatar que os coeficientes de força Cx e Cy não foram além do módulo 1,0. A Tabela 11 apresenta uma comparação dos valores máximos obtidos dos coeficientes de força, com a edificação isolada e com vizinhança, na direção X e Y. Os resultados foram baseados nas informações do ensaio em túnel de vento e o verificado pela NBR 6123 (1988). Tabela 11 – Comparação dos valores máximos de coeficientes de força devido a vizinhança no edifício RochaVerá. SITUAÇÃO MÉTODO DE ESTUDO (kN) NBR Túnel NBR – isolado Túnel – vizinhança X 1,18 0,60 -96,7% Y 1,32 0,96 -37,5% Fonte: Carpeggiani (2004). De posse aos resultados, percebe-se que o coeficiente de força máximo presente na edificação, teve valores maiores pela NBR nos 2 eixos estudados. Certifica-se também que o maior esforço máximo é verificado no eixo X, com uma relação de quase -97% maior que pelo túnel de vento, o que condiz com a condição da norma está a favor da segurança. 79 6. ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE CASOS RELATADOS Neste capítulo, dedicará a apresentar sobre um resultado comparativo entre os casos relatados na literatura, que foram estudados no tópico anterior. Cada relato consistiu em no objetivo de alcançar uma relação de NBR/Túnel. A abordagem dada à comparação ocorrerá através dos resultados sistemáticos, ao qual revela os resultados finais da relação entre NBR/Túnel de cada relato de caso. A ordem dos resultados foi dada devida a apresentação dos relatos presentes no trabalho. Por fim, serão apresentados os resultados encontrados, além de uma breve discussão sobre o quociente. A elaboração do Gráfico 5 teve como objetivo, o estudo entre as forças atuantes pelo vento em cada relato estudado. Gráfico 6 – Quadro comparativo entre os intervalos máximos dos valores da relação NBR/Túnel, diante os relatos estudados. Fonte: Elaborada pelos autores. *Apenas valores em módulo foram considerados. Estes resultados mostram que, há uma grande variação entre os valores encontrados pela NBR 6123 (1988), considerando o túnel de vento como a aplicabilidade mais precisa dos coeficientes de pressão. Com base no Gráfico 5, pode-se observar que ambos os métodos demonstram valores diferentes entre si. A relação NBR/Túnel oferece estimações que ora a norma está a favor da segurança, ora a favor da economia. 80 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS Este trabalho de pesquisa estudou a ação do vento em edificações altas, apresentando um histórico evolutivo das principais contribuições para o escoamento do vento, por conseguinte foi abordado alguns fundamentos relevantes sobre a norma brasileira de vento, além de aspectos gerais sobre túneis de ventos. A parte teórica deste trabalho, serviu como base para que casos relatados na literatura pudessem ser estudados. Elaborado a estrutura do trabalho, 5 casos referentes a edificações altas foram estudados, subdivididos em 3 relatos sobre pressões exercidas sobre as fachadas, enquanto os 2 restantes abordam sobre a influência dos efeitos da vizinhança. As análises feitas nos relatos de casos listados no trabalho, teve como objetivo, investigar a diferença percentual da relação entre a NBR 6123 (1988) e o ensaio em túnel de vento. Relacionou-se estes métodos, pois Loredo-Souza et al. (2000) notificou o túnel de vento, como sendo a ferramenta para estimar a determinação de esforços devido ao vento, sendo assim, comparou-se ambos recursos, a fim de comprovar que a NBR 6123 (1988) é conservadora em sua aplicabilidade, confirmando a hipótese deste trabalho. Algumas considerações diante da NBR 6123 (1988), limitaram a obtenção dos valores dos esforços coletados, assim como todo método simplificado. Tais limites ofertaram uma distorção dos resultados, como por exemplo a não consideração da angulação do vento, a geometria fora dos padrões e até mesmo o efeito de vizinhança, que é produzido através de efeitos dinâmicos. Assim como Riera (2016) é sugerido um estudo aprofundado sobre os aspectos da NBR 6123 (1988), haja vista que as características contidas na norma, remontam a época de limitações tecnológicas sobre o assunto. Também vale ressaltar que, numerosos trabalhos vêm sendo publicados abordando tópicos que requerem atenção. Desse modo, acredita-se que incorporando tais avanços, poderá haver a diminuição da diferença entre a relação NBR/Túnel. 81 REFERÊNCIAS ALBERTI, Franco Augusto. 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Folha de rosto Dedicatória Agradecimentos Resumo Abstract Lista de figuras Lista de gráficos Lista de tabelas Lista de quadros Lista de símbolos Lista de siglas Sumário Introdução Problematização Objetivos do trabalho Objetivo geral Objetivos específicos Justificativa Estrutura do trabalho Hipótese Síntese dos Trabalhos Contribuintes para o Escoamento do Vento Estudos antecedentes à NBR 6123 (1988) Estudos posteriores à NBR 6123 (1988) Análises experimentais em túneis de vento Fundamentos Relevantes Acerca da NBR 6123 (1988) Velocidade básica do vento Velocidade característica do vento Fator topográfico – S1 Fator de rugosidade do terreno – S2 Fator estatístico – S3 Ação estática do vento Pressão dinâmica Coeficientes de pressão Coeficiente de arrasto Forças estáticas Influência das edificações vizinhas Efeito Venturi Deflexão do vento Turbulência da esteira Aspectos Gerais Sobre o Túnel de Vento Descrição do equipamento Túnel de vento de circuito aberto Túnel de vento de circuito fechado Relatos de Casos Considerações gerais Edifício estudado por Sarmento (2015) Descrição da obra Análise da obra Resultado dos métodos Empreendimento Prosperitas – Arrais (2011) Descrição da obra Análise da obra Resultados dos métodos Odebrecht Atlanta – Arrais 2 (2011) Descrição da Obra Análise da obra Resultados dos métodos Edifício Graça – Fernandes (2013) Descrição da obra Análise da obra Resultados dos métodos Complexo RochaVerá – Carpeggiani (2015) Descrição da obra Análise da obra Resultados dos métodos Análise Comparativa Entre Casos Relatados Considerações Finais