A AÇÃO DO VENTO NAS EDIFICAÇÕES

O vento exerce pressões e sucções nos edifícios, de forma variada, contínua, intermitente ou repentina causando efeitos indesejáveis, danos materiais de monta e, às vezes, vítimas fatais.

Muito mal compreendido, o vento “brasileiro” tem comportamento bastante diferente do vento europeu, do temido vento das monções que sopram no sudeste asiático e também sem nenhuma semelhança com os tornados muito freqüentes nos EUA.

Infelizmente não temos laboratórios e nem universidades que tenham estudado a fundo os ventos brasileiros. Pior, desejando realizar um estudo completo sobre a ação do vento nas edificações, é difícil encontrar, no Brasil, um Túnel de Vento onde o nosso edifício, na forma de maquete, possa ter um modelo reduzido ensaiado.

O presente site, elaborado por Engenheiro Civil formado na USP e com trabalhos no IPT, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, procura mostrar alguns aspectos da ação do vento que passa muitas vezes despercebido dos profissionais de projeto de edifícios como os Arquitetos e os Engenheiros de Estruturas.

Cabe o alerta de que, dependendo do porte e da importância do edifício, não basta ser formado em Arquitetura ou Engenharia Civil, necessitando o projetista da estrutura ter especialização em Ação do Vento e, se possível, ter experiência em vento adquirido na passagem por algum Túnel de Vento. Veja os 7 tipos básicos de ação em que o vento atinge um edifício:

Veja, esquematicamente, os sete tipos básicos de ação com que o vento costuma agir sobre um corpo colocado em seu caminho:

1 – VENTO A BARLAVENTO:

PRODUZ UM ESFORÇO DE PRESSÃO SOBRE O COMPONENTE, EMPURRANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO. É o vento “clássico” e sua ação se resume em tentar derrubar a parede. Não conseguindo derrubar a parede, ele desvia e sobe, destruindo o que ele encontrar pelo caminho.

Geralmente são beirais, jardineiras, balcões e outros tipos de saliências que se projetam para fora da prumada da parede.

2 – VENTO PARALELO:

PRODUZ UM ESFORÇO DE SUCÇÃO VERTICAL SOBRE O COMPONENTE, PUXANDO-O NA DIREÇÃO PERPENDICULAR AO DO VENTO. Agem, geralmente, sobre as coberturas leves, telhas de alumínio ou plásticas. Muitos pensam que o vento “empurra o telhado para baixo”, mas o vento paralelo “puxa o telhado para cima” e, se o telhado não estiver bem amarrado nas paredes e pilares, sai voando e se a estrutura metálica do telhado tiver sido bem construída, o telhado “sai inteiro”.

O número 30 é o limite crítico. O vento pode puxar o telhado, para cima, com a força de 30 kgf/m2 de modo que telhados que pesem menos são facilmente levados pelo vento.

3 – VENTO A SOTA-VENTO:

PRODUZ UM ESFORÇO DE SUCÇÃO SOBRE O COMPONENTE, PUXANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO

Um simples muro fica sujeito, normalmente à ação do vento a Barlavento e, ao mesmo tempo, à ação do vento a Sotavento, isto é, os efeitos são somados. Cuidados especiais devem ser tomados porque o vento pode querer derrubar o galpão. Então não se esqueça de calcular e instalar contra vento vertical entre as colunas do galpão.

4 – VENTO COM PRESSÃO INTERNA:

PRODUZ UM ESFORÇO DE PRESSÃO SOBRE O COMPONENTE, EMPURRANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO E NA DIREÇÃO PERPENDICULAR AO DO VENTO

No caso de um galpão cuja porta foi esquecida aberta, o vento que penetra para dentro do galpão irá exercer uma pressão de dentro para fora, arrancando as telhas. A ação do vento pode ser potencializada quando combina com a ação do vento paralelo. É um empurrando as telhas de baixo para cima, com, por exemplo, 15 kgf/m2 e o outro puxando por fora com, por exemplo, 27 kgf/m2 resultando numa força de 15 + 27 = 42 kgf/m2 modo que mesmo telhas pesadas como as de barro podem ser arrancadas pela força combinada.

5 – VENTO COM SUCÇÃO INTERNA:

PRODUZ UM ESFORÇO DE SUCÇÃO SOBRE O COMPONENTE, PUXANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO E NA DIREÇÃO PERPENDICULAR AO DO VENTO

É um problema parecido com o do portão esquecido aberto, só que do outro lado do galpão. O vento que já passou pelo galpão, é sugado pela ação a Sotavento que puxa o ar de dentro do galpão e que cria uma pressão negativa dentro do galpão. O telhado puxado para baixo e as paredes são puxadas para dentro. Os vidros das janelas podem quebrar e os estilhaços dos vidros ficarão espalhados no interior do galpão.

Há situações em que o vento tende a envergar a estrutura da cobertura. Então devemos instalar contra ventos horizontais:

6 – AÇÃO COMBINADA DO VENTO A BARLAVENTO COM O VENTO A SOTA-VENTO:

PRODUZ UM ESFORÇO DE PRESSÃO SOBRE O COMPONENTE À BARLAVENTO, EMPURRANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO E TAMBÉM PRODUZ UM ESFORÇO DE SUCÇÃO SOBRE O COMPONENTE À SOTA-VENTO, PUXANDO-O NA DIREÇÃO E SENTIDO DO VENTO

A ação do vento agindo nos dois lados do galpão pode até derrubá-lo por inteiro.

7 – OUTRAS COMBINAÇÕES:

O Projetista da estrutura deve analisar todas as combinações possíveis, externas e internas, de ação do vento e estudar também os condicionantes da região como a topografia do terreno, a existência de obstáculos e prédios que possam aumentar a força dos ventos, levarem em consideração que portas e janelas podem se romper sob a ação do vento e criar ventos internos e também tentar adivinhar que tipo de reformas será realizado no futuro abrindo novas portas e janelas ou fechando-as.

Uma simples depressão no terreno poderá ocasionar uma concentração do fluxo do vento, aumentando a carga de vento que atua sobre uma parede a barlavento:

O que costuma influenciar e, com valores significativos, é a construção de um novo prédio na vizinhança. O novo prédio poderá “canalizar” o fluxo do vento aumentando a velocidade do vento e concentrando a ação diretamente numa das paredes do nosso prédio. Deste modo, prédios que já existiam há muitos anos e que nunca foi solicitado a valores significativos de vento, passam a receber rajadas de vento nunca antes sentidas.

Para tentar entender como é isso, imagine que foi construído um prédio numa praia isolada onde não há nenhum outro prédio.

Neste caso, o vento caminha suave e age sobre o prédio de forma uniforme, uma parte agindo a Sotavento e a outra parte a Barlavento. O calculista não precisa ter outras preocupações.

Agora, imaginem esta praia uns 20 anos depois quando outras construtoras resolverem construir outros prédios:

O nosso prédio ficará cercado por outros prédios que irão canalizar desviar, conduzir o vento criando zonas de maior pressão e também zonas de menor pressão. Como será a Ação do Vento sobre Nosso Prédio?

São estas situações, mais complexas, que um túnel de vento poderá analisar:

Montado sobre uma plataforma giratória, o túnel de vento permite a análise sob todos os ângulos de incidência do vento.

O QUE DIZ A NORMA BRASILEIRA:

Os valores mínimos das cargas acidentais, produzidas pelo vento, que devem ser considerados no cálculo das estruturas de edifícios estão fixados na Norma Brasileira NBR-6123 – (antiga NB-5) – Cargas para o Cálculo de Estruturas de Edifícios.

NOTA IMPORTANTE: Esta é uma visão simplificada, procurando mostrar ao leigo como age o vento. Grande parte de desastres com coberturas e telhados de casas, sobrados e fábricas ocorrem por falta de cuidados importantes no cálculo dos componentes estruturais de sustentação do telhado.

A norma brasileira NBR-6123 – Forças devidas ao vento em edificações – estabelece todas as condições que devem ser consideradas para o correto dimensionamento das estruturas de um edifício.

Considera uma série de fatores como a região do Brasil que mais venta, se o terreno no entorno do prédio é plano ou acidentado e a própria forma do edifício. Lembre-se que um prédio, mesmo que localizado no centro da região que mais venta no Brasil pode não ser atingido por este vento e, da mesma forma, outro prédio, este localizado na região que menos venta pode vir a ser atingido por um vento fenomenal, tudo isso dependendo de fatores locais como concentração de prédios, existência de um rio ou uma grande avenida ou uma grande via férrea que podem “canalizar” o fluxo dos ventos.

Não podemos negar a importância e a “boa vontade” daqueles que elaboraram a norma em 1988, mas a visão e a compreensão sobre as formas que o vento se vale para tentar “derrubar” um prédio mudaram muito nos últimos anos.

Entretanto nem tudo está perdido. Há um interessantíssimo trabalho feito pelo IPT, o Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo, que andou ensaiando, no seu Túnel de Vento, os efeitos negativos de prédios altos no bairro do Tatuapé, o bairro que apresentou o maior crescimento (mais de 175 prédios novos construídos na década de 90). Veja mais detalhes sobre este ensaio no túnel de vento clicando em www.ebanataw.com.br/roberto/vento/ventonotatuape.htm.

Ainda vai demorar, creio, até que seja lançada uma nova versão da norma, que leve em consideração até fatores dinâmicos como vibrações e trepidações, pois a elaboração de uma nova versão demandará um custo que dificilmente será coberto na atual condição em que uma norma é produzida no Brasil, contando apenas com o trabalho voluntário (leia-se “de graça”) de alguns abnegados profissionais que tenham atuado na questão. Fenômenos dinâmicos como a vibração, trepidação e balanço precisam ainda ser pesquisados e muitas teses acadêmicas ainda deverão ser produzidas. Outra tentativa que geralmente empregamos quando não temos condições de produzir uma norma é “traduzir” alguma norma estrangeira, mas nos EUA encontramos muitos tufões e furacões e as normas deles seriam, por demais, exigentes caso pretendêssemos aplicá-las por aqui.

De acordo com a norma brasileira NBR-6123 – Forças Devido aos Ventos em Edificações – a pressão exercida pelo vendo sobre as partes das edificações deve ser calculada com a fórmula:

QUADRO 1: Fórmula para determinação da Pressão Dinâmica.

q = 0,613 V_k²

^ONDE:

q ^{= Pressão Dinâmica em N/m2}

V_K^{= Velocidade Caracterísitca em m/s}

A Velocidade Característica depende de uma série de fatores como a região do Brasil, a topografia (planos, vales, montanhas), a densidade de ocupação (muitos prédios) e características construtivas do edifício.

QUADRO 2: Fórmula para determinação da Velocidade Característica

V_k = V₀ X S1 X S2 X S3

^ONDE:

V_K^{= Velocidade Caracterísitca em m/s.}

V₀= Velocidade Básica da Região;

S₁ ^{= Fator Topográfico;}

S₂^{= Fator Rugosidade;}

S₃^{= Fator Probabilístico.}

1 – Determinação da Velocidade Básica do Vento – V0: De acordo com a NBR-6123, a velocidade básica do vento, Vo, é a velocidade de uma rajada de 3 segundos, excedida em média uma vez em 50 anos, a 10 metros acima do terreno, em campo aberto e plano.

Para quem está acostumado a pensar em km/h, isto é, em quilômetros por hora, uma velocidade básica V0 = 30 m/s equivale a uma velocidade básica V0 = 108 km/h.

2 – Determinação do Fator Topográfico – S1: De acordo com a NBR-6123, o Fator Topográfico, S1, é determinado em função do relevo do terreno.

QUADRO 4: Classes de relevo do terreno
S₁	TIPO DE RELEVO DO TERRENO
^1,0	^{Terreno Plano ou fracamente acidentado}
^VARIÁVEL	^{Taludes e Morros}
^0,9	^{Vales Profundos e protegidos de ventos de qualquer direção.}

Para mais detalhes sobre a determinação do Fator Topográfico, ver o item 5.2 da norma NBR-6123. A norma recomenda que casos de combinação de vales e montanhas com dificuldades de se estabelecer a direção predominante dos ventos que seja feita ensaio em Túnel de Vento.

3 – Determinação do Fator Rugosidade – S2: De acordo com a NBR-6123, os terrenos podem ser classificados em uma das categorias seguintes:

QUADRO 5: Categorias de Rugosidade do terreno
CATEGORIA	TIPO DE SUPERFÍCIE DO TERRENO
^I	^{Superfícies Lisas de grandes dimensões, com mais de 5 km de extensão, medida na direção e sentido do vento incidente.}
^{I I}	^{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.}
^{I I I}	^{Terrenos planos ou ondulados com obstáculos, tais como sebes e muros, poucos quebra-ventos. Obstáculos com altura média de 3,0 metros.}
^IV	^{Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco espaçados, em zona florestal, industrial o urbanizada. Altura média dos obstáculos de 10 metros.}
^V	^{Terrenos cobertos por obstáculos numerosos, grandes, altos e pouco espaçados. Obstáculos com altura média de 25 metros ou mais.}

Além das características de rugosidade do terreno, devemos levar em consideração as dimensões do edifício:

QUADRO 6: Classes de Edifícios em função de suas dimensões.
CLASSE	DIMENSÕES DO EDIFÍCIO
^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 seja inferior a 20 metros.}
^B	^{Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal esteja entre 20 e 50 metros.}
^C	^{Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal exceda 50 metros.}

Juntando a Categoria do Terreno com a Classe do Edifício, entramos na tabela seguinte, obtendo o Fator Rugosidade S2 para diversas alturas de edifício:

QUADRO 7: Fator Rugosidade S2
ALTURA z(m)	CATEGORIA DE RUGOSIDADE DO TERRENO
	I			II			III			IV			V
	CLASSE			CLASSE			CLASSE			CLASSE			CLASSE
	A	B	C	A	B	C	A	B	C	A	B	C	A	B	C
≤ 5	1,06	1,04	1,01	0,94	0,92	0,89	0,88	0,86	0,82	0,79	0,76	0,73	0,74	0,72	0,67
10	1,1	1,09	1,06	1	0,98	0,95	0,94	0,92	0,88	0,86	0,83	0,8	0,74	0,72	0,67
15	1,13	1,12	1,09	1,04	1,02	0,99	0,98	0,96	0,93	0,9	0,88	0,84	0,79	0,76	0,72
20	1,15	1,14	1,12	1,06	1,04	1,02	1,01	0,99	0,96	0,93	0,91	0,88	0,82	0,8	0,76
30	1,17	1,17	1,15	1,1	1,08	1,06	1,05	1,03	1	0,98	0,96	0,93	0,87	0,85	0,82
40	1,2	1,19	1,17	1,13	1,11	1,09	1,08	1,06	1,04	1,01	0,99	0,96	0,91	0,89	0,86
50	1,21	1,21	1,19	1,15	1,13	1,12	1,1	1,09	1,06	1,04	1,02	0,99	0,94	0,93	0,89
60	1,22	1,22	1,21	1,16	1,15	1,14	1,12	1,11	1,09	1,07	1,04	1,02	0,97	0,95	0,92
80	1,25	1,24	1,23	1,19	1,18	1,17	1,16	1,14	1,12	1,1	1,08	1,06	1,01	1	0,97
100	1,26	1,26	1,25	1,22	1,21	1,2	1,18	1,17	1,15	1,13	1,11	1,09	1,05	1,03	1,01
120	1,28	1,28	1,27	1,24	1,23	1,22	1,2	1,2	1,18	1,16	1,14	1,12	1,07	1,06	1,04
140	1,29	1,29	1,28	1,25	1,24	1,24	1,22	1,22	1,2	1,18	1,16	1,14	1,1	1,09	1,07
160	1,3	1,3	1,29	1,27	1,26	1,25	1,24	1,23	1,22	1,2	1,18	1,16	1,12	1,11	1,1
180	1,31	1,31	1,31	1,28	1,27	1,27	1,26	1,25	1,23	1,22	1,2	1,18	1,14	1,14	1,12
200	1,32	1,32	1,32	1,29	1,28	1,28	1,27	1,26	1,25	1,23	1,21	1,2	1,16	1,16	1,14
250	1,34	1,34	1,33	1,31	1,31	1,31	1,3	1,29	1,28	1,27	1,25	1,23	1,2	1,2	1,18
300				1,34	1,33	1,33	1,32	1,32	1,31	1,29	1,27	1,26	1,23	1,23	1,22
350							1,34	1,34	1,33	1,32	1,3	1,29	1,26	1,26	1,26
400										1,34	1,32	1,32	1,29	1,29	1,29
420										1,35	1,35	1,33	1,3	1,3	1,3
450													1,32	1,32	1,32
500													1,34	1,34	1,34

4 – Determinação do Fator Estatístico – S3:

De acordo com a NBR-6123, o Fator Estatístico S3 é baseado em conceitos estatísticos, e considera o grau de segurança requerido e a vida útil da edificação.

QUADRO 8: Determinação do Fator Estatístico S₃ conforme os Grupos de ocupação.
GRUPO	DESCRIÇÃO	FATOR S₃
¹	^{Edificações cuja ruína 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

5 – Exemplo Numérico:

Galpão Industrial medindo 20X50 metros e 14 metros de altura em terreno plano, baixa vegetação, no município de Belo Horizonte:

1 – Determinação da Velocidade Básica V0:

Consultando as Isopletas do Quadro 3, vemos que a cidade de Belo Horizonte está localizada ente as isopletas 30 e 32. Interpolando, temos V0 = 32 m/s.

2 – Determinação do Fator Topográfico S1:

Consultando a tabela do Quadro 4 para terrenos planos, temos S1 = 1,0

3 – Determinação do Fator Rugosidade S2:

Consultando a tabela do Quadro 5, para terrenos planos com vegetação baixa, temos a Categoria III.

Consultando a tabela do Quadro 6 temos a Classe B.

Entrando com Categoria III e Classe B na tabela do Quadro 7, e altura do galpão de 14 metros, temos S2 = 0,96

4 – Determinação do Fator S3:

Consultando a tabela do Quadro 8, edifício industrial, temos S3 = 0,95.

5 – Cálculo da Velocidade Característica VK:

VK = V0 x S1 x S2 x S3

VK = 32 x 1,0 x 0,96 x 0,95

VK = 29,184 metros por segundo.

6 – Finalmente, o cálculo da carga atuante ou Pressão Dinâmica q:

q = 0,613 VK2

q = 0,613 X 29,1842

q = 522 N/m2

ou para quem é antigo: q = 53 kgf/m2

O peso próprio das telhas depende do tipo de telha utilizada:

Telha cerâmica (colonial ou francesa)	Telha de fibro-cimento de 8 mm	Telha de chapa de aço zincada	Telha de fibro-cimento de 6 mm	Telha de alumínio
Peso próprio das telhas [kgf/m²]	120	23	25	16	15

NOTAS:

1 – O peso das telhas cerâmicas deve ser considerado quando molhadas. Já encontrei situações em que o projetista tinha considerado o peso das telhas secas. Na primeira chuva o telhado afundou.

2 – As telhas onduladas de fibrocimento de 8 milímetros estão com sobreposição de 20 centímetros.

3 – As telhas onduladas de fibrocimento de 6 milímetros estão com sobreposição de 14 centímetros;

4 – As telhas cerâmicas são mais pesadas do que o esforço do vento. Então, este tipo de telha não precisa ser “amarrado” na estrutura de sustentação;

5 – As demais telhas pesam menos do que o esforço do vento. Por causa disso, estas telhas precisam ficar “amarradas” ou presas na estrutura de sustentação;

O peso próprio da estrutura de sustentação depende do tipo de material empregado:

Madeira de Lei	Aço	Alumínio
Peso próprio médio da estrutura [kgf/m²]	40	25	15

NOTAS:

1 – O peso de uma estrutura de sustentação depende muito do tipo da estrutura, podendo ser com tesouras, arco atirantado, arco sem tirantes, shed, etc. Cada um desses tipos vai resultar em um peso diferente. Então os dados acima são meramente ilustrativos, isto é, servem para se ter uma idéia..

2 – Os dados acima não podem ser utilizados para o cálculo ou dimensionamento de estruturas de telhados.

3 – Um telhado com estrutura de sustentação de alumínio coberta com telhas de alumínio vai pesar em torno de 30 kgf/m2 que é exatamente igual ao esforço da ação do vento. Neste caso, além das telhas terem que ficar firmemente presas à estrutura de sustentação, a própria estrutura de sustentação vai ter que ficar firmemente presa à estrutura de apoio (pilares ou paredes). 4 – Nos casos em que a estrutura de sustentação não está presa na estrutura de apoio é muito comum, durante um vendaval, o vento carregar o telhado inteiro.

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