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  11.01.19

Ao do vento nas rvores


Projeto do IPT aprofunda conhecimentos para avaliação de risco de queda; tipuana e eucalipto foram estudados


O início do período de chuvas nas grandes cidades não traz apenas problemas relacionados a deslizamentos de terra e às inundações, mas também um aumento no número de queda de árvores, causando problemas na circulação de veículos, prejuízos em edificações e, o mais grave, riscos de acidentes para a população. Para diminuir as incertezas da análise de risco de queda, um projeto iniciado em 2015 em parceria entre o Laboratório de Árvores, Madeiras e Móveis e o Laboratório de Vazão, ambos do IPT, avaliou durante três anos o comportamento das árvores sob a força do vento.

A ferramenta empregada pelos pesquisadores do IPT para a gestão da arborização urbana, principalmente das árvores localizadas em calçadas, e na análise de risco de queda é o Arbio, software desenvolvido no IPT pelo Laboratório de Árvores, Madeiras e Móveis em cooperação e a Seção de Soluções de Software e Sistemas para Engenharia.

O grande diferencial do Arbio é a análise de risco baseada em um modelo probabilístico e dinâmico: os pesquisadores consideram parâmetros como altura total da árvore, diâmetro à altura do peito, porcentagem de deterioração interna e densidade aparente para auxiliar o diagnóstico de risco de queda. A ferramenta simula ainda a árvore em 12 diferentes velocidades de vento, indicando a probabilidade de ruptura no colo, que é a área de transição da raiz com o tronco.

“O aplicativo considera as forças de vento; no entanto, devido à variação do coeficiente de arrasto de acordo com a velocidade do vento e também com o tipo de árvore, havia a necessidade de melhor compreensão do fenômeno. Os coeficientes de arrasto utilizados atualmente no Arbio são os conhecidos para estruturas rígidas ou árvores hipotéticas que não representam a variedade da arborização brasileira”, explica Raquel Amaral, pesquisadora do Laboratório de Árvores, Madeiras e Móveis e coordenadora do projeto.

O coeficiente de arrasto é um parâmetro relacionado com a aerodinâmica do objeto, ou seja, ele varia de acordo com formato, dimensão e também velocidade do vento, impactando diretamente na força exercida seja sobre uma casa ou uma ponte, por exemplo. O formato de uma árvore submetida à ação do vento se modifica, ao contrário de um edifício, exemplifica o pesquisador Gilder Nader, do túnel de vento do IPT.

“As árvores são flexíveis e cada espécie tem rigidez em níveis distintos. Devido à complexidade de comportamento a partir de uma combinação que inclui folhas, ramos, galhos, copa e tronco, há poucos estudos referentes aos efeitos do vento em árvores. Existe a necessidade de ensaios em túnel de vento para a determinação da variação do coeficiente de arrasto, assim como o desenvolvimento de modelos computacionais para avaliação”, afirma ele.

O projeto se iniciou em 2015 com uma análise das equipes do IPT sobre as melhores possibilidades de realizar os ensaios:
Galhos de eucalipto foram ensaiados no túnel de vento do IPT pela impossibilidade de utilizar um modelo reduzido de árvore
 
foram consideradas hipóteses como executar o estudo com mudas de até 1,5 m de altura, com modelos reduzidos aeroelásticos ou com galhos que representassem todas as propriedades físicas da árvore na escala reduzida. O ideal seria realizar o ensaio de uma árvore real, mas há poucos túneis de vento com capacidade para realização desse tipo de ensaio, explica o pesquisador.

“Pelo fato de as mudas não apresentarem as mesmas propriedades físicas de rigidez de uma árvore, e devido à complexidade para se construir um modelo reduzido aerolástico de uma árvore, optou-se por ensaiar galhos no túnel de vento do IPT. O maior índice de queda é dos galhos que acabam por quebrar sob o efeito das ventanias”, completa ele.

Dois estudos da década de 1960 feitos na Inglaterra, no Royal Aircraft Establishment, em Farnborough, conseguiram superar este obstáculo por conta das dimensões do túnel de vento disponível, com 7,3 metros de altura – estes resultados acabaram por ser usados no final do trabalho para uma comparação com aqueles obtidos no IPT.

A partir de 2017 iniciaram-se os ensaios em túnel de vento com galhos de tipuana e eucalipto. A escolha da primeira se deu pelo fato de ela ser abundante na capital paulista, tendo sido escolhida para projetos de arborização urbana da cidade na década de 1930, e pelo conhecimento presente no laboratório por conta da tese de doutorado defendida, no ano de 2009, pelo pesquisador Sergio Brazolin; a segunda, por estar presente em alguns condomínios da Região Metropolitana de São Paulo, fornecer matéria-prima para as empresas de papel e móveis e, sobretudo, porque a queda de uma árvore de eucalipto pode provocar um efeito dominó e devastar uma plantação inteira.

Os objetivos do projeto foram atingidos a partir dos ensaios no túnel de vento, nos quais se determinaram as variações dos coeficientes de arrasto em função da velocidade do vento para as duas espécies, ambos na configuração de galhos simples e ramificados (dois galhos unidos na forquilha).

A partir dos resultados e da melhor compreensão do comportamento das árvores sob a ação do vento, foi proposto e iniciado um modelo computacional, utilizando o método de vórtices discretos, que pode ser aplicado a qualquer tipo de árvore, desde que conhecidas suas propriedades físicas, dimensões e quantidade de galhos.

“Por meio dessas informações e utilizando o modelo computacional em desenvolvimento no IPT, foi possível obter o coeficiente de arrasto global da árvore inteira. Atualmente o modelo computacional é bidimensional e está em processo de validação”, completa Paulo Jabardo, pesquisador do túnel de vento. Em continuidade ao projeto, o modelo computacional deverá ser aprimorado para a realização de simulações tridimensionais e atualização dos parâmetros do Arbio.