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  29.06.16

Prdios nas alturas


Túnel de vento do IPT realiza ensaios no edifício mais alto em construção na Região Centro-Oeste


Uma série de ensaios sobre esforços de vento para o projeto de um edifício de 175 metros de altura, o Kingdom Park Residence, localizado no bairro Nova Suíça em Goiânia (GO), foi realizada no Centro de Metrologia Mecânica, Elétrica e de Fluidos do IPT, que abriga o túnel de vento de camada limite atmosférica. A edificação submetida aos testes é formada por uma torre única de 52 pavimentos, que incluem dois subsolos, térreo, dois mezaninos (garagem e área de lazer), duas coberturas duplex e 45 pavimentos tipo. O empreendimento é o prédio mais alto atualmente em construção na Região Centro-Oeste, e está sob a responsabilidade da Sim Engenharia e Empreendimentos.

A construção de edifícios cada vez mais altos é uma tendência no Brasil: o prédio mais alto no País hoje é o Millennium Palace, de 177 metros, que foi inaugurado em 2014 na cidade de Balneário Camboriú (SC), mas deve ser superado em breve por outras obras: estão previstas para os próximos anos as finalizações do Tour Geneve, em João Pessoa (PB), com 182 metros de altura, e do Infinity Coast, também no município catarinense, com 237 metros de altura. Isso implica uma série de cálculos na concepção do projeto estrutural que demandam ensaios em túnel de vento para determinar a ação do vento nas fachadas e na cobertura das edificações, explica Gabriel Borelli Martins, pesquisador do IPT.

“Os ensaios na edificação foram realizados a fim de fornecer os coeficientes de pressão”, afirma ele. “Estes testes permitem prever o comportamento da estrutura face aos efeitos do vento de maneira mais próxima da realidade, levando em conta o formato do prédio, a topografia e as construções existentes no entorno”.

Para a execução dos ensaios, os pesquisadores simularam as características do vento do bairro no qual o edifício será construído. Os testes foram referenciados em função da norma NBR 6123, da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), que estipula as condições exigíveis na consideração das forças devidas à ação estática e dinâmica do vento, para efeitos de cálculo de edificações. A rugosidade do terreno é classificada em cinco classes pela norma, e o terreno escolhido para a construção do conjunto residencial foi considerado como pertencente à categoria IV (terrenos cobertos por obstáculos numerosos e pouco espaçados, em zona florestal, industrial ou urbanizada).

A cota média do topo dos obstáculos nessa categoria é considerada igual a 10 metros, o que significa uma região de edificações e árvores
Edificação submetida aos testes é formada por uma torre única de 52 pavimentos, com 175 metros de altura
 
com uma média de 10 metros de altura, equivalente a prédios de três andares – ou seja, uma indicação de como o futuro prédio irá se destacar na área. A partir da classificação do local de construção da torre, os pesquisadores modelaram características como o comprimento da rugosidade (também chamado de parâmetro de rugosidade z0), que é a medida da rugosidade aerodinâmica da superfície sobre a qual o perfil da velocidade está sendo medido.

Com a confirmação dos resultados da simulação, os pesquisadores partiram para a montagem da maquete da torre, em escala 1:200, na qual foram instaladas 479 tomadas de pressão no total. A instrumentação na maquete foi feita nas áreas em que serão instaladas janelas de vidro, nas fachadas e nas quinas dos edifícios, permitindo uma medição mais precisa das cargas de vento, a fim de dar aos engenheiros projetistas uma maior confiabilidade para o dimensionamento dos revestimentos, das alvenarias de vedação, das esquadrias e, sobretudo, da estrutura e das fundações.

ENSAIOS ESTÁTICOS E DINÂMICOS – Dois tipos de testes para o edifício foram feitos no túnel de vento do IPT, o estático e o dinâmico. O primeiro, que é o mais simples, é necessário para determinação das cargas do vento na caixilharia, revestimentos e momentos na fundação da edificação. As forças aerodinâmicas médias são obtidas em modelos em escala reduzida, no qual são determinados os coeficientes de arrasto e de sustentação. Basta que o modelo seja rígido e tenha a mesma geometria da estrutura para a execução do ensaio.

No ensaio de resposta dinâmica, que deve ser realizado para edificações com altura superior a 120 metros e frequência natural de vibração menor que 0,25 Hz, são determinadas as amplitudes de vibração do edifício sob a ação do vento. Isso permite verificar as características de conforto humano em função das vibrações do prédio e alcançar maior segurança no projeto estrutural (ou até mesmo promover a sua alteração). A técnica utilizada para o ensaio foi a Integração de Pressões em Alta Frequência, ou HFPI (de High Frequency Pressure Integration). “Os ensaios dinâmicos permitem determinar fenômenos como o vortex induced vibration, ou vibração induzida por vórtices, que pode acontecer principalmente em prédios muito altos e esbeltos”, afirma Martins.

RESULTADOS – Os maiores valores de sobrepressão no ensaio estático foram obtidos a aproximadamente 3/4 da altura do edifício, na fachada a barlavento – se calculado pela norma, os valores máximos estariam localizados no ponto mais alto do edifício. “Além disso, os ensaios estáticos permitem a obtenção de carregamentos locais, que podem ser muito úteis na análise e no dimensionamento de caixilhos”, lembra Martins. Foi encontrado no ensaio um coeficiente de forma (Ce) de -1,89 em uma das quinas da edificação, enquanto pela norma da ABNT o valor máximo para essa edificação seria de -1,2. “Ou seja, esse é um local onde a caixilharia necessitará de uma melhor análise do projetista, para verificar se haverá necessidade de maior dimensionamento”, afirma ele.

No que diz respeito à análise dinâmica, as maiores acelerações foram observadas nos pavimentos mais altos. De acordo com as características do prédio, foi obtido um fator de pico de 3,17 e a média quadrática da aceleração foi de 0,05 m/s², para um vento com velocidade média de 25,7 m/s e um período de recorrência de 10 anos. A norma da ABNT informa que a aceleração não pode exceder 0,1 m/s² para esse mesmo período de recorrência.

“Em relação à estrutura, concebida em concreto armado, formada por pórticos, núcleos rígidos e contraventamentos inclinados, os resultados do ensaio do túnel de vento agregaram muito”, afirma o engenheiro estrutural da Colmeia Consultoria e Projetos, Leonardo Caetano. “Além de trazer uma grande segurança por se tratar de valores de esforços bem mais apropriados à geometria específica da edificação, quando comparados com os valores aproximados sugeridos por meio de ábacos pela norma, os resultados permitiram ainda uma revisão no dimensionamento de armações, proporcionando economia. É extremamente gratificante quando há a possibilidade de se cercar do que a boa – e mais recente – técnica oferece”.