Atuação do vento na Engenharia Civil
A engenharia sempre tentou adaptar a natureza para permitir que nós pudéssemos viver nela tranquilamente ou, em alguns casos, simplesmente sobreviver. As adversidades do ambiente desafiam engenheiros a encontrar soluções complexas e inovadoras para se proteger das forças naturais. Alguns dos acontecimentos naturais com que nos deparamos se destacam por sua magnitude. Ondas viram tsunamis, massas de ar viram furacões. Será que nossas construções estão preparadas para isso?
O Brasil é um país que, felizmente, está situado numa zona geograficamente desfavorável à ocorrência de grande parte dos desastres naturais conhecidos, porém mesmo que em menor frequência, eles ainda acontecem e são sempre assustadores. Deslizamentos de encostas e morros, enchentes e alagamentos estão entre os desastres mais comuns, sendo causados majoritariamente por tempestades tropicais. E quando falamos de tempestades, o vento é um dos fatores mais importantes a se pensar e é justamente sobre ele que vamos discorrer.
O que é o vento?
O vento é o movimento das massas de ar na nossa atmosfera. Ele ocorre devido a diferença de temperatura e pressão dessas massas de uma região para outra. O ar quente, por ser menos denso, tende a subir, enquanto o ar frio, que é mais denso, desce. Esses fluxos podem atuar de maneira tão complexa que criam rajadas de ar com uma grande variedade de direções e velocidades. Veja esse experimento mostrando como isso ocorre.
Quando essas movimentações de ar atingem a velocidade de 119 km/h são classificadas como ciclones, também chamados de furacões ou tufões, dependendo da região em que o fenômeno ocorre. Um exemplo desse tipo de evento foi o Ciclone Bomba no Sul do Brasil, que atingiu a região em junho de 2020 deixando um enorme rastro de destruição.
E como isso afeta as construções no geral?
Quando entra em contato com as edificações, o ar em movimento atua como uma força externa à estrutura. O resultado dessa atuação depende muito de como ocorre o contato. Para estruturas mais baixas, como as casas, pequenos prédios e galpões, os telhados podem ser muito afetados, pois estão em contato direto com o fluxo. O chamado vento a barlavento é o responsável por empurrar a estrutura. Ele se choca com as paredes e, não conseguindo passar, sobe por ela, destruindo as estruturas que estão projetadas para fora da edificação, como os beirais. Já o vento a sotavento é sua parcela complementar, que faz a descida do ar na parede oposta, o que cria uma força de sucção. Esses dois tipos de fluxo de ar atuam em conjunto tentando derrubar a edificação.
Outro caso interessante é o vento paralelo, que passa paralelamente ao telhado. Esse movimento cria uma força que puxa a cobertura para cima. E não para por aí. Caso a edificação possua uma abertura, o ar acelerado entra em seu interior e causa uma força de pressão, ou de dentro para fora ou de fora para dentro, dependendo da direção do vento. No caso de um barracão que possui um grande portão aberto, a força de pressão do ar que tenta sair somado ao vento paralelo são responsáveis por arrancar as estruturas da cobertura.
Soluções de engenharia
O método mais simples e utilizado para proteger as edificações desses fenômenos é o uso de contraventamentos verticais e horizontais, o que ameniza as deformações das cargas de vento e garante maior estabilidade para construção. Destacam-se também as platibandas, pequenas paredes que evitam o contato da corrente de ar com os beirais.
É de suma importância garantir, durante a fase construtiva, o estabelecimento correto dos contraventamentos, telhas e demais elementos afetados pela ação do vento. Em boa parte dos casos a construção deveria resistir às tempestades, mas acaba sendo danificada devido à instalação incorreta dos componentes.
Além disso, o material usado é determinante na resistência à esses eventos. Nos Estados Unidos a maioria das moradias é construída em Wood Frame, um sistema construtivo com muitos benefícios, mas que não suporta a força dos furacões. Especialistas norte-americanos incentivam a população a substituir a madeira por estruturas metálicas e blocos de concreto, principalmente nas regiões de maior ocorrência dos fortes temporais. Enquanto a mudança não ocorre, é comum o investimento em abrigos reforçados para proteção dos moradores.
E nos grandes edifícios?
Nesses tipos de construções os cuidados com o vento devem ser muito maiores, já que as forças envolvidas são mais complexas. Primeiro precisamos pontuar que o vento é uma força que atua em área. Prédios altos possuem uma grande área lateral, e assim, recebem uma enorme força dos ventos. É essencial para segurança do empreendimento que isso seja considerado pelos engenheiros estruturais. A NBR 6123 estabelece os valores mínimos dessa carga adicional a se considerar dependendo da altura. Para um edifício de 20 metros de altura, a carga é de 60 kgf/m², enquanto em um prédio de 100 metros esse valor chega a notáveis 130 kgf/m², o equivalente a um objeto de 130 kg em cada metro quadrado!
Para resistir a essas solicitações sem sofrer rachaduras, os projetistas planejam os prédios de maneira a permitir que pequenas movimentações ocorram durante as ventanias. Esses movimentos crescem conforme a altura do pavimento, mas são praticamente imperceptíveis para os moradores. Contudo, alguns elementos como as piscinas e os lustres são muito sensíveis às oscilações e podem dar a falsa impressão que a construção está balançando demais. Foi o que ocorreu durante uma tempestade em Balneário Camboriú. Confira aqui.
Os modelos matemáticos convencionais para cálculo de vento não são capazes de atender situações muito complexas, como nesse caso em Santa Catarina. Prédios muito altos, esbeltos e estruturas com arquitetura muito diferenciada necessitam do uso de tecnologias mais avançadas. Uma das mais famosas é o ensaio no túnel de vento.
Túnel de vento
Esse ensaio consiste em colocar um modelo (versão reduzida) da edificação dentro de uma grande sala. Nos fundos dessa sala há um poderoso ventilador, que ao ser ligado cria uma grande corrente de ar, simulando os ventos da região estudada. Pequenos sensores instalados no modelo registram como o vento está afetando a estrutura e transmitem essa informação para um software. Com base nisso, o engenheiro estrutural poderá realizar o dimensionamento correto do projeto.
Ensaios com vento são muito importantes quando projetamos pontes também. Nelas, o efeito da ressonância e dos vórtices produzidos pela ventania podem ser fatais. Em 1940, nos EUA, a Tacoma Narrows Bridge não aguentou as complexas interações do vento com sua estrutura e rompeu. O vídeo do seu rompimento até hoje intriga pessoas ao redor do mundo.
Independente da intensidade, o vento deve ser sempre considerado quando vamos projetar um empreendimento, pois ele estará presente durante toda vida útil da obra. E a engenharia está em constante evolução para evitar que os erros do passado se repitam, proporcionando conforto e segurança a todos.
