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Universidade Federal do Rio de Janeiro
ASPECTOS CONSTRUTIVOS PARA RESIDÊNCIAS DE BAIXO CUSTO SOB A AÇÃO DE
VENTOS FORTES
Fellipe dos Santos Gonçalves
2018
ii
ASPECTOS CONSTRUTIVOS PARA RESIDÊNCIAS DE BAIXO CUSTO SOB A AÇÃO DE
VENTOS FORTES
Fellipe dos Santos Gonçalves
Projeto de Graduação apresentado ao curso
de Engenharia Civil da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro.
Orientador: Prof. Leandro Torres Di Gregorio
Coorientadora: Profa. Michèle Schubert Pfeil
Rio de Janeiro
Setembro de 2018
iii
ASPECTOS CONSTRUTIVOS PARA RESIDÊNCIAS DE BAIXO CUSTO SOB A AÇÃO DE
VENTOS FORTES
Fellipe dos Santos Gonçalves
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE
ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO
DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO
GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.
Examinado por:
__________________________________________________
Prof. Leandro Torres Di Gregorio, D.Sc.
__________________________________________________
Profa. Michèle Schubert Pfeil, D.Sc.
__________________________________________________
Prof. Daniel Henrique Cândido, D.Sc.
__________________________________________________
Prof. Gustavo Vaz Mello Guimarães, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
SETEMBRO de 2018
iv
Gonçalves, Fellipe dos Santos
Aspectos construtivos para residências de baixo
custo sob a ação de ventos fortes / Fellipe dos Santos
Gonçalves – Rio de Janeiro: UFRJ/Escola Politécnica,
2018.
XII, 149 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Leandro Torres Di Gregorio
Coorientadora: Michèle Schubert Pfeil
Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica /
Curso de Engenharia Civil, 2018.
Referências Bibliográficas: p. 86-89
1. Introdução 2. Revisão bibliográfica 3. Resultados e
Discussões 4. Boas práticas construtivas 5. Considerações
finais
I. Di Gregório, Leandro Torres et al. II. Universidade
Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de
Engenharia Civil. III. Aspectos construtivos para
residências de baixo custo sob a ação de ventos fortes.
v
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer primeiramente a Deus por toda força, paciência e sabedoria para
chegar ao final com todas as experiências bem vividas e por todas as pessoas maravilhosas
que Ele colocou em meu caminho.
Abaixo Dele, agradeço aos meus pais, Marcelino e Luciane, e ao meu irmão, Thiago, por
sempre acreditarem na minha capacidade em conseguir concluir a faculdade e, futuramente,
me tornar um excelente profissional. Eles foram essenciais na minha formação por serem o
meu porto seguro, minha base sólida, por muitas vezes quando não tinha forças para lidar
com as derrotas. Fui aprendendo a aprender, enxergando em cada derrota, uma motivação,
fui evoluindo e vendo a vida com outros olhos. É graças a eles que hoje vejo a vida sempre
pelo lado positivo. Agradeço imensamente por toda paciência, amor, carinho e por ter tornado
a minha faculdade tão mais leve com todas as brincadeiras e o modo de levar a vida.
Agradeço à Rafaela Lopes, minha futura esposa, por estar sempre presente ao meu lado,
compartilhando todas as vitórias e derrotas, todas as alegrias e tristezas, que foram muito
importantes para que eu conseguisse concluir a faculdade. Muito obrigado pela enorme
paciência, carinho, dedicação e empatia com todas as minhas situações de dificuldade. Muito
obrigado por ter tornado meus dias mais felizes e mais leves. Muito obrigado por ter sido, e
por ser, minha melhor amiga durante grande parte dessa jornada da graduação. Por fim, quero
agradecer também por toda ajuda que me deu na faculdade, sendo com trabalhos, estágios,
provas pós Rock in Rio ou no presente TCC, você foi de vital importância para o meu sucesso
nessa graduação.
Em seguida, gostaria de agradecer ao meu amigo Aristóteles Fernandes por ter me
treinado e transformado num profissional diferenciado; um profissional onde o trabalho e a
dedicação, a amizade e o profissionalismo, andam juntos. Obrigado por ter sido, de fato, meu
primeiro e único líder – e não chefe – até o presente momento. Aprendi muito com você e
agradeço muito a Deus pela sua amizade.
Agradeço também ao meu amigo Ítalo Ricardo por toda sua dedicação em me ensinar a
Engenharia Civil através de um olhar e do estudo de quem não tem diploma de graduação,
mas que possui uma inteligência digna de um. Me ensinou inúmeros cálculos de estruturas,
drenagem, escoramentos, rigging e, recentemente, foi o que me iniciou no estudo sobre
ventos. Elucidou algumas dúvidas minhas, discutiu diversos pontos comigo e contribuiu de
maneira ímpar para o sucesso desse presente trabalho.
Agradeço aos meus amigos, especialmente à Karoline Figueiredo, Vinícius Giffoni e Ana
Cláudia Telles, por me mostrarem que eu não estou sozinho nessa jornada. Muito obrigado
vi
por todo apoio que vocês me deram nos momentos difíceis e por terem curtido os momentos
bons comigo.
Gostaria de agradecer imensamente à Fluxo Consultoria por ter me proporcionado um
aprendizado e uma evolução ímpar durante a minha graduação. Tenho certeza de que aprendi
muito e grande parte do reconhecimento profissional que tenho é graças à empresa júnior.
Muito obrigado pelos quase três anos de muito aprendizado.
Agradeço também ao professor Leandro Torres Di Gregorio por ter me dado a
oportunidade de contribuir com o projeto SHS e poder devolver pra sociedade um pouco do
que a mesma me proporcionou. Agradeço também por ter me dado a oportunidade de me
desafiar a elaborar um TCC em que eu não tinha base de conhecimento alguma no assunto
e que traria um grande diferencial para minha formação.
Agradeço à professora Michèle Pfeil por ter me orientado, mesmo de última hora, nesse
presente trabalho. Foi uma grande honra poder contar com seus ensinamentos e toda sua
paciência em me explicar da melhor forma possível. Obrigado pelo aprendizado compartilhado
sobre o assunto desse presente trabalho.
vii
“A persistência realiza o impossível.”
Provérbio Chinês
viii
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos
requisitos necessários para obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Aspectos construtivos para residências de baixo custo sob a ação de ventos fortes
Fellipe dos Santos Gonçalves
Setembro/2018
Orientador: Leandro Torres Di Gregorio
Coorientadora: Michèle Schubert Pfeil
Curso: Engenharia Civil
O mundo vem se preocupando com o poder devastador de ventos fortes devido ao crescente
número de ocorrências de desastres. Em particular, a vulnerabilidade de sistemas
construtivos destinados a habitações de baixo custo, a esta e outras ações ambientais
extremas, pode gerar danos extensivos e crises humanitárias. Esta monografia tem como
objetivo estudar e analisar a influência de ventos fortes em edificações de baixo custo. Para
isso, será tomado como estudo de caso um dos modelos construtivos do projeto Solução
Habitacional Simples (SHS) cuja motivação é a reconstrução habitacional em áreas afetadas
por desastres ou situações extremas. O modelo estrutural é analisado e aprimorado em
termos de detalhes construtivos. O trabalho busca alertar sobre a importância de se construir
de forma responsável e correta, atentando-se à execução – principalmente – das conexões
entre os elementos construtivos e/ou estruturais. Como resultado, pretende-se desenvolver
uma solução de engenharia, para o modelo estudado, que possa resistir às solicitações
devidas a ventos de velocidade básica até 50m/s (180 km/h).
Palavras chaves: Ventos fortes; Edificações de baixo custo; Ciclones; Solução Habitacional
Simples; SHS
ix
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Civil Engineer.
Constructive aspects for low cost residences under the action of strong winds
Fellipe dos Santos Gonçalves
September/2018
Advisor: Leandro Torres Di Gregorio
Co-advisor: Michèle Schubert Pfeil
Course: Civil Engineering
The world has been worrying about the devastating power of strong winds due to more
occurrences of disasters. In particular, a vulnerability of constructive systems for low-cost
housing, to this and other extreme environmental actions, can cause to extensive damage and
humanitarian crises. The objective of this monograph is to study and analyze the influence of
strong winds on low cost buildings. For this, it will be taken as a case study of the construction
models of the Simple Housing Project (SHS) as a motivation for the reconstruction of areas
affected by disasters or extreme situations. The structural model is analyzed and improved in
terms of constructive details. The monograph seeks to warn about the importance of building
a responsible and correct way, taking care the execution - mainly - of the connections between
the constructive and/or the structural elements. As a result, it is intended to develop an
engineering solution, for the model studied, that can resist the applications due to basic speed
winds up to 50 m/s .
Keywords: Strong winds; Low cost buildings; Cyclones; Simple Housing Project; SHS
x
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Polígono dos tornados da América do Sul – PTAS (CANDIDO et al., 2009) ......... 2
Figura 2 – Ilustração de formação de ciclone extratropical (UK Weather – Lecture 5, 2012).. 7
Figura 3 – Ilustração de formação de ciclone tropical (NASA, 2018) ...................................... 8
Figura 4 – Formação de Tornado (eSchooltoday, 2017) ...................................................... 10
Figura 5 - Número de tornados por ano nos Estados Unidos (NOAA, 2017). ....................... 11
Figura 6 – Ilustração do fenômeno Downburst (WeatherWatchers, 2018) ........................... 12
Figura 7 – Ilustração de um microburst (Chemtrail, 2016) .................................................... 12
Figura 8 - Seção transversal de parede em alvenaria estrutural do Edifício Monadnock
(Franco, L. S., 2004) .................................................................................................... 15
Figura 9 – Modelo do Estádio Olímpico Luis Ramos, Puerto La Cruz, Venezuela (LAC –
UFRGS, ND). ............................................................................................................... 16
Figura 10 - Mapa de isopletas do Brasil (Programa Ciclone v.5.0 – beta - USP, 2018). ....... 18
Figura 11 – Regiões dos coeficientes de forma das paredes (NBR 6123/1988). .................. 24
Figura 12 – Regiões de coeficientes de forma (Ce) do telhado. ............................................ 24
Figura 13 – Área da abertura dominante do telhado. ........................................................... 25
Figura 14 – Planta baixa do embrião tipo 1 (Di Gregorio et al., 2018). ................................. 29
Figura 15 – Planta baixa dos embriões tipo 2 e 4 (Pavimento térreo e segundo pavimento)
(Di Gregorio et al., 2018). ............................................................................................. 29
Figura 16 – Planta baixa do embrião tipo 3 – Pavimento térreo (Di Gregorio et al., 2018). .. 30
Figura 17 – Planta baixa do embrião tipo 3 – Segundo pavimento (Di Gregorio et al., 2018).
..................................................................................................................................... 30
Figura 18 – Concepção inicial da estrutura. Modelo de pórtico não adotado. ...................... 31
Figura 19 – Detalhamento da estrutura do telhado. ............................................................. 32
Figura 20 – Detalhe de fixação em “U”; detalhe não adotado. ............................................. 33
Figura 21 – Sistema de mão-francesa do telhado. ............................................................... 34
Figura 22 – Pórtico padrão adotado. .................................................................................... 34
Figura 23 – Concepção nova da estrutura; modelo de pórtico adotado................................ 35
Figura 24 – Detalhe do telhado íntegro. ............................................................................... 37
Figura 25 – Detalhe do telhado com uma abertura dominante. ............................................ 37
Figura 26 – Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 60 m/s – Enrijecedores longos
e duplos nas laterais - Ligações rotuladas. .................................................................. 38
Figura 27 – Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 60 m/s – Enrijecedores longos
e duplos nas laterais - Ligações rígidas. ...................................................................... 39
Figura 28 – Modelo estrutural adotado. ............................................................................... 39
Figura 29 – Coeficientes de (Ce) das paredes. ..................................................................... 45
xi
Figura 30 – Coeficientes de forma (Ce) do telhado. .............................................................. 46
Figura 31 – Sobrepressão interna e sucção interna. ............................................................ 47
Figura 32 – Dimensões das áreas submetidas à sucção externa......................................... 48
Figura 33 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 35 m/s [kN/m] – 0° - Telhado íntegro. ... 49
Figura 34 – Cargas de vento distribuídas para V0 = 35 m/s [kN/m] – 90° - Telhado íntegro. 49
Figura 35 – Comparação dos momentos fletores nas fundações com os demais momentos
da estrutura – Velocidade de 60 m/s. ........................................................................... 52
Figura 36 – Nomenclatura das paredes da edificação (Di Gregorio et al., 2018). ................. 54
Figura 37 – Nomenclatura das reações de apoio da edificação. .......................................... 54
Figura 38 – Pressões externas e internas nas zonas de alta sucção do telhado. ................. 56
Figura 39 - Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão. .................................................... 57
Figura 40 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sucção. .............................................................. 57
Figura 41 – Arranjo de enrijecedores já utilizados no modelo de pórtico padrão. ................. 62
Figura 42 – Arranjo de enrijecedores longos nos pórticos. ................................................... 63
Figura 43 – Arranjo de enrijecedores longos e duplos nas paredes laterais dos pórticos. .... 66
Figura 44 – Layout final da estrutura após todos aprimoramentos. ...................................... 68
Figura 45 – Utilização de pregos nervurados na ponta das cavilhas. ................................... 70
Figura 46 – Barras de aço atravessando a terça e enchimentos de grout. ........................... 71
Figura 47 – Esquema de lanternim aberto (Blog Recriar com você, 2018). .......................... 72
Figura 48 – Telha com ventilação (Archiexpo, 2018). .......................................................... 72
Figura 49 – Ilustração da amarração das telhas cerâmicas e disposição da tela para viveiro.
..................................................................................................................................... 73
Figura 50 – Armação de espera das alvenarias. .................................................................. 74
Figura 51 - Detalhe das estacas broca junto à sapata corrida. ............................................. 75
Figura 52 – Vigas de equilíbrio. ........................................................................................... 75
Figura 53 – Moldura de janela hermética (Finstral, 2018). ................................................... 77
Figura 54 – Camadas do livro laminado (GB Vidros, 2018).................................................. 77
Figura 55 – População se protegendo de furacão (G1, 2018). ............................................. 78
Figura 56 – Layout de Shelter (Hardened Homes, 2018). .................................................... 79
Figura 57 – Encontro de laje com parede – Sistema ICF (Nudura – Integrated Building
Technology, 2018). ...................................................................................................... 80
Figura 58 – Concretagem da parede do Sistema ICF (Nudura – Integrated Building
Technology, 2018). ...................................................................................................... 80
Figura 59 – Casa sobre pilotis (Megaconstruções – Casas à prova de furacão, 2018). ....... 81
xii
Figura 60 – Modelo de interação vento-chuva sobre o Ginásio SESC, Rio de Janeiro
(Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS, ND)....................................... 95
Figura 61 - Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 35 m/s – Estrutura nova –
Telhado como abertura dominante – Ligações rotuladas. ............................................ 96
Figura 62 – Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 35 m/s – Estrutura nova –
Telhado como abertura dominante – Ligações rígidas. ................................................ 96
Figura 63 - Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 43 m/s - Ligações rotuladas.. 97
Figura 64 - Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 43 m/s - Ligações rígidas. .... 97
Figura 65 - Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 50 m/s – Enrijecedores longos -
Ligações rotuladas. ...................................................................................................... 98
Figura 66 - Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 50 m/s – Enrijecedores longos -
Ligações rígidas. .......................................................................................................... 98
Figura 67 – Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 60 m/s – Enrijecedores longos
e duplos nas laterais - Ligações rotuladas. .................................................................. 99
Figura 68 – Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 60 m/s – Enrijecedores longos
e duplos nas laterais - Ligações rígidas. ...................................................................... 99
Figura 69 - Cpi e Ce: hipótese de vento perpendicular a uma face permeável. .................... 100
Figura 70 - Cpi e Ce: hipótese de vento perpendicular a uma face impermeável. ............... 100
Figura 71 - Cpi e Ce: hipótese de abertura dominante na face de sotavento. ...................... 101
Figura 72 - Cpi e Ce: hipótese de abertura dominante situada em zona de alta sucção
externa. ...................................................................................................................... 101
Figura 73 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 43 m/s [kN/m] – 0° - Telhado íntegro. . 102
Figura 74 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 43 m/s [kN/m] – 90° - Telhado íntegro.102
Figura 75 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 43 m/s [kN/m] – 0° - Telhado como
abertura dominante. ................................................................................................... 103
Figura 76 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 43 m/s [kN/m] – 90° - Telhado como
abertura dominante. ................................................................................................... 103
Figura 77 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 50 m/s [kN/m] – 0° - Telhado íntegro. . 104
Figura 78 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 50 m/s [kN/m] – 90° - Telhado íntegro.104
Figura 79 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 50 m/s [kN/m] – 0° - Telhado como
abertura dominante. ................................................................................................... 105
Figura 80 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 50 m/s [kN/m] – 90° - Telhado como
abertura dominante. ................................................................................................... 105
Figura 81 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 60 m/s [kN/m] – 0° - Telhado íntegro. . 106
Figura 82 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 60 m/s [kN/m] – 90° - Telhado íntegro.106
Figura 83 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 60 m/s [kN/m] – 0° - Telhado como
abertura dominante. ................................................................................................... 107
xiii
Figura 84 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 60 m/s [kN/m] – 90° - Telhado como
abertura dominante. ................................................................................................... 107
Figura 85 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão. .................................................. 108
Figura 86 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão. .................................................. 108
Figura 87 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão. ................................................ 109
Figura 88 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Telhado íntegro-
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão. ................................................ 109
Figura 89 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sucção. ............................................................ 110
Figura 90 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Telhado íntegro-
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sucção. ............................................................ 110
Figura 91 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção. .......................................................... 111
Figura 92 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção. .......................................................... 111
Figura 93 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Abertura dominante -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão. .................................................. 112
Figura 94 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Abertura
dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão. ............................... 112
Figura 95 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Abertura dominante -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão. ................................................ 113
Figura 96 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Abertura
dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão. ............................. 113
Figura 97 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Abertura dominante -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sucção. ............................................................ 114
Figura 98 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Abertura
dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sucção. ......................................... 114
Figura 99 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Abertura dominante -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção. .......................................................... 115
Figura 100 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Abertura
dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção. ....................................... 115
Figura 101 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão. ................................................ 116
xiv
Figura 102 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão. ................................................ 116
Figura 103 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção. .......................................................... 117
Figura 104 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção. .......................................................... 117
Figura 105 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado com abertura
dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão. ............................. 118
Figura 106 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado com
abertura dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão. ............... 118
Figura 107 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado com abertura
dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção. ....................................... 119
Figura 108 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado com
abertura dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção .......................... 119
Figura 109 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado com abertura
dominante - Velocidade de 43 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão. ............................. 120
Figura 110 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado com
abertura dominante - Velocidade de 43 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão. ............... 120
Figura 111 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado com abertura
dominante - Velocidade de 43 m/s – Vento a 90º - Sucção. ....................................... 121
Figura 112 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado com
abertura dominante - Velocidade de 43 m/s – Vento a 90º - Sucção. ......................... 121
Figura 113 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado com abertura
dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão. ............................. 122
Figura 114 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado com
abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão. ............... 122
Figura 115 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado com abertura
dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sucção. ....................................... 123
Figura 116 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado com
abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sucção. ......................... 123
Figura 117 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Enrijecedores longos -
Telhado com abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
................................................................................................................................... 124
Figura 118 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Enrijecedores
longos - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º -
Sobrepressão. ............................................................................................................ 124
xv
Figura 119 - Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Enrijecedores longos -
Telhado com abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sucção. ... 125
Figura 120 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Enrijecedores
longos - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º -
Sucção. ...................................................................................................................... 125
Figura 121 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Enrijecedores longos -
Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
................................................................................................................................... 126
Figura 122 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Enrijecedores
longos - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º -
Sobrepressão. ............................................................................................................ 126
Figura 123 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Enrijecedores longos -
Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º - Sucção. ... 127
Figura 124 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Enrijecedores
longos - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º -
Sucção. ...................................................................................................................... 127
Figura 125 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Enrijecedores longos e
duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a
90º - Sobrepressão. ................................................................................................... 128
Figura 126 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Enrijecedores
longos e duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s
– Vento a 90º - Sobrepressão. ................................................................................... 128
Figura 127 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Enrijecedores longos e
duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a
90º - Sucção. ............................................................................................................. 129
Figura 128 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Enrijecedores
longos e duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s
– Vento a 90º - Sucção. ............................................................................................. 129
xvi
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Escala Saffir-Simpson (Apolo11, 2018). ................................................................ 9
Tabela 2 – Escala Fujita Melhorada (Astronoo, 2018). ......................................................... 10
Tabela 3 - Parâmetros meteorológicos (NBR 6123/1988). ................................................... 22
Tabela 4 – Valores mínimos do fator estatístico S3 (NBR 6123/1988). ................................. 23
Tabela 5 – Propriedades mecânicas da madeira Pinus elliotti (Tabela E.3 – NBR 7190:1997).
..................................................................................................................................... 41
Tabela 6 – Cálculo da massa das peças que compõe o telhado. ......................................... 41
Tabela 7 – Cálculo da carga permanente da estrutura do telhado. ...................................... 42
Tabela 8 – Combinações de cargas considerando estrutura antiga. .................................... 50
Tabela 9 – Combinações de cargas considerando estrutura nova. ...................................... 51
Tabela 10 – Reações de apoio para telhado íntegro – 35 m/s. ............................................ 58
Tabela 11 – Reações de apoio para telhado como abertura dominante – 35 m/s. ............... 58
Tabela 12 – Verificação das paredes críticas; tipos de falhas da estrutura – 35 m/s; estrutura
antiga (Di Gregorio et al, 2018). ................................................................................... 59
Tabela 13 – Reações de apoio considerando vento de 35 m/s a 90°. .................................. 59
Tabela 14 – Verificação das paredes críticas – 35 m/s; estrutura nova (Di Gregorio et al,
2018). ........................................................................................................................... 60
Tabela 15 – Reações de apoio considerando vento de 43 m/s a 90°. .................................. 60
Tabela 16 – Verificação das paredes críticas; tipos de falhas da estrutura – 43 m/s (Di
Gregorio et al, 2018). ................................................................................................... 61
Tabela 17 - Reações de apoio considerando vento de 50 m/s a 90°. ................................... 61
Tabela 18 – Verificação das paredes críticas; tipos de falhas da estrutura – 50 m/s (Di
Gregorio et al, 2018). ................................................................................................... 62
Tabela 19 - Reações de apoio considerando aprimoramentos construtivos - vento de 50 m/s
a 90°. ........................................................................................................................... 63
Tabela 20 - Verificação das paredes críticas; tipos de falhas da estrutura – 50 m/s;
enrijecedores longos (Di Gregorio et al, 2018). ............................................................ 64
Tabela 21 - Reações de apoio considerando vento de 60 m/s a 90°; enrijecedores longos. 65
Tabela 22 - Verificação das paredes críticas; tipos de falhas da estrutura – 60 m/s.
enrijecedores longos (Di Gregorio et al, 2018). ............................................................ 65
Tabela 23 - Reações de apoio considerando vento de 60 m/s a 90°; enrijecedores longos e
duplos nas laterais. ...................................................................................................... 66
Tabela 24 - Verificação das paredes críticas; tipos de falhas da estrutura - 60 m/s;
enrijecedores longos e duplos nas laterais (Di Gregorio et al, 2018). ........................... 66
xvii
Tabela 25 – Resumo das modelagens estruturais analisadas com seus respectivos
aprimoramentos. .......................................................................................................... 67
Tabela 26 - Escala Beaufort (Marinha do Brasil, 2018). ....................................................... 93
xviii
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 1
DANOS DEVIDOS AO VENTO .............................................................................. 1
CONSTRUÇÕES DE BAIXO CUSTO E O PROJETO SHS .................................... 3
OBJETIVOS ........................................................................................................... 3
METODOLOGIA ..................................................................................................... 4
ESTRUTURA DO TRABALHO ............................................................................... 5
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................... 7
TIPOS DE VENTO ................................................................................................. 7
2.1.1 CICLONES EXTRATROPICAIS ......................................................................... 7
2.1.2 CICLONES TROPICAIS ..................................................................................... 8
2.1.3 TORNADOS ....................................................................................................... 9
2.1.4 EXPLOSÕES DESCENDENTES (Downburst) ................................................. 11
HISTÓRICO DOS DESASTRES .......................................................................... 13
2.2.1 NO MUNDO ..................................................................................................... 13
2.2.2 NO BRASIL ...................................................................................................... 14
SISTEMAS ESTRUTURAIS E A AÇÃO DO VENTO ............................................ 14
FORÇAS DEVIDAS AO VENTO EM EDIFICAÇÕES – NBR 6123/1988 .............. 17
2.4.1 VELOCIDADE BÁSICA DE VENTO, V0 ............................................................ 18
2.4.2 VELOCIDADE CARACTERÍSTICA, Vk ............................................................. 19
2.4.3 FATOR TOPOGRÁFICO, S1 ............................................................................ 19
2.4.4 FATOR DE RUGOSIDADE DO TERRENO, S2 ................................................ 20
2.4.5 FATOR ESTATÍSTICO, S3 ............................................................................... 22
2.4.6 PRESSÃO DINÂMICA, q .................................................................................. 23
2.4.7 COEFICIENTE DE FORMA (Ce) ...................................................................... 23
2.4.8 COEFICIENTE DE PRESSÃO INTERNA (Cpi) ................................................ 25
SOLUÇÃO HABITACIONAL SIMPLES (SHS) ...................................................... 26
2.5.1 O PROJETO ..................................................................................................... 26
2.5.2 GRUPO DE ESTRUTURAS ............................................................................. 27
2.5.3 CARACTERÍSTICAS DO PROJETO E CONFIGURAÇÕES ARQUITETÔNICAS
27
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................. 31
ESTUDO DA ESTRUTURA .................................................................................. 31
MODELO ESTRUTURAL ..................................................................................... 38
xix
DESENVOLVIMENTO DOS CÁLCULOS ............................................................. 40
3.3.1 CARGA PERMANENTE ................................................................................... 40
3.3.2 CARGA VARIÁVEL .......................................................................................... 42
3.3.3 CARGA ACIDENTAL ........................................................................................ 43
CÁLCULO Das forças devidas ao VENTO PELA NBR 6123/1988 ....................... 43
3.4.1 CÁLCULO DA Vk .............................................................................................. 43
3.4.2 FATORES ........................................................................................................ 44
3.4.3 COEFICIENTES ............................................................................................... 44
AUTOMATIZAÇÃO DOS CÁLCULOS .................................................................. 48
ANÁLISES DA ESTRUTURA ............................................................................... 52
3.6.1 VENTOS DE VELOCIDADE DE 35 m/s (126 km/h) .......................................... 55
3.6.2 VENTOS DE VELOCIDADE DE 43 m/s (155 km/h) .......................................... 60
3.6.3 VENTOS DE VELOCIDADE DE 50 m/s (180 km/h) .......................................... 61
3.6.4 VENTOS DE VELOCIDADE DE 60 m/s (216 km/h) .......................................... 64
4 BOAS PRÁTICAS CONSTRUTIVAS ............................................................................ 69
FIXAÇÃO DOS ELEMENTOS NA ESTRUTURA DO TELHADO .......................... 69
FIXAÇÃO DA ESTRUTURA DO TELHADO NA ALVENARIA .............................. 70
FIXAÇÃO DAS TELHAS ...................................................................................... 71
FIXAÇÃO DA ESTRUTURA NAS FUNDAÇÕES .................................................. 73
EXECUÇÃO DAS FUNDAÇÕES .......................................................................... 74
JANELAS E PORTAS .......................................................................................... 76
CONSTRUÇÃO DE ABRIGOS - SHELTERS ....................................................... 78
SISTEMA ICF – INSULATED CONCRETE FORMS............................................. 79
CONSTRUÇÃO SOBRE PILOTIS ........................................................................ 81
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ......................................................................................... 82
CONSIDERAÇÕES FINAIS DO TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO....... 82
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................................... 83
5.2.1 INFLUÊNCIA DOS VENTOS NA FUNDAÇÃO ................................................. 83
5.2.2 INFLUÊNCIA DAS CHUVAS TORRENCIAIS ................................................... 83
5.2.3 DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS QUE COMPÕEM A ESTRUTURA
DO TELHADO E SUAS LIGAÇÕES ............................................................................. 84
5.2.4 CONSTRUÇÃO COM BLOCO DE CONCRETO .............................................. 84
DIFICULDADES DE ENTENDIMENTO DA NORMA NBR 6123/1988 .................. 84
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 86
APÊNDICES ........................................................................................................................ 90
xx
APÊNDICE A1 ................................................................................................................. 90
APÊNDICE A2 ................................................................................................................. 96
APÊNDICE A3 ............................................................................................................... 100
APÊNDICE A4 ............................................................................................................... 102
APÊNDICE A5 ............................................................................................................... 108
1
1 INTRODUÇÃO
DANOS DEVIDOS AO VENTO
Ventos de alta velocidade podem ser originados por sistemas meteorológicos de
grandes escalas como os ciclones extratropicais e tropicais (também designados por furacão
ou tufão) e de média e pequena escalas como os tornados e downbursts (BLESSMANN,
2013). Diversas escalas de velocidade de vento foram elaboradas em função da intensidade
dos efeitos do vento na superfície da Terra com o objetivo de estimar as velocidades a partir
dos danos registrados após a passagem das tormentas.
No início do século XIX, o almirante anglo-irlandês Sir Francis Beaufort, hidrógrafo da
Marinha Real Britânica, elaborou a escala que detém seu sobrenome (INMET, 2018). Com o
passar dos anos, a escala Beaufort foi adaptada para ser usada em terra, pois até então teria
sua base em ventos marítimos. Passou por muitas adaptações e muitos anos como sendo a
única escala adotada pela comunidade científica e do tempo.
Em 1969, o engenheiro Herbert Saffir e o diretor do Centro Nacional de Furações dos
Estados Unidos, Robert Simpson, identificaram a necessidade de categorizar ventos acima
dos considerados na escala de Beaufort (APOLO11, 2018). Assim como a escala Richter já
era usada para medir a intensidade dos terremotos, Herbert e Robert criaram a escala Saffir-
Simpson a fim de mensurar a intensidade dos furacões através de categorias que variam de
1 a 5.
No ano seguinte, o pesquisador americano de tempestades severas, Tetsuya
Theodore Fujita, juntamente com Allen Pearson – naquela época, diretor do Centro Nacional
de Previsão de Tempestades Severas – criou a escala Fujita. Porém, após a conclusão de
que a escala de Fujita superestimava a velocidade dos ventos em algumas classes, o Serviço
Nacional de Meteorologia dos Estados Unidos criou em 2006 – e implementou em 2007 - a
escala Fujita melhorada, ou EF (Enhanced Fujita) (ASTRONOO, 2013).
Dados mostram que o furacão Matthew, com ventos de 230 km/h, foi responsável pela
maior crise humanitária do Haiti desde o terremoto de 2010 (AYUSO, 2016). Registrou-se
quase 900 mortes e mais de 28.000 casas foram afetadas, deixando cerca de 30.000 pessoas
em abrigos temporários e 10.000 sem abrigo; o furacão Katrina, ocorrido em 2005 na região
litorânea do sul dos EUA foi o terceiro furacão mais mortífero do país, registrando mais de
1.800 mortes e resultando em cerca de 1 milhão de desabrigados.
CANDIDO (2012) afirma que, de acordo com a distribuição dos eventos de formações
tempestuosas registrados no Brasil e países vizinhos, existe um “Polígono dos Tornados da
2
América do Sul (PTAS)”, que compreende área delimitada pelo centro-sul do Brasil, Uruguai,
norte da Argentina, Paraguai e parte da Bolívia, como ilustrado na Figura 1.
Figura 1 – Polígono dos tornados da América do Sul – PTAS (CANDIDO et al., 2009)
Em paralelo às ocorrências cada vez mais preocupantes de ventos fortes, e
devastadores, o conhecimento de que os danos poderiam ter sido menores em diversos
desastres, caso existisse um adequado controle de qualidade de construção (BLESSMANN,
2001), conduz a necessidade de haver um estudo de detalhes construtivos, resistentes aos
esforços de vento forte, para edificações.
Entende-se que, por precariedade de recursos, as construções mais suscetíveis ao
colapso, durante ventos de alta intensidade, são as que possuem menor investimento no
estudo da sua estrutura: residências de baixo custo.
3
CONSTRUÇÕES DE BAIXO CUSTO E O PROJETO SHS
Tendo como foco inicial o estudo no Brasil, o projeto Solução Habitacional Simples
(SHS) consiste em um conjunto de soluções para (re)construção de unidades habitacionais e
equipamentos coletivos básicos - escolas e postos de saúde – em regiões afetadas por
desastres ou situações extremas (SHS, 2018), no caso do presente trabalho, por vento forte.
O objetivo do projeto é que essas construções ocorram em regime de mutirão, ou seja, de
construção comunitária executada pelos próprios moradores da região, aliado ao emprego de
tecnologias construtivas de baixo custo, que conduzam a estruturas resistentes aos esforços
advindos de fenômenos naturais como ventos fortes.
Iniciado com o estudo do professor Leandro Torres Di Gregorio em 2010, o projeto
SHS alcançou sua segunda etapa em 2017. Essa etapa teve como uma das motivações o
estudo de esforços de grande magnitude – como sismos e ventos fortes - e a influência deles
na estrutura das edificações do projeto. Para isso, foi reunido um grupo de discentes de
Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio de Janeiro - sob orientação do professor -
do qual o autor desse trabalho teve a oportunidade de participar.
Nesse contexto, justifica-se a relevância de se projetar construções com o intuito de
reduzir os danos e ter melhor desempenho do que uma edificação tradicional, especificamente
para esforços ventos fortes. Além disso, pretende-se contribuir para uma reconstrução
relativamente rápida, a partir dos esforços da própria comunidade, possibilitando a atenuação
da situação de vulnerabilidade dos atingidos.
OBJETIVOS
O aprofundamento no tema de desastres causados por forças naturais se uniu ao
propósito de desenvolver um Trabalho de Conclusão de Curso com efetiva aplicabilidade e
com potencial de impacto social.
O objetivo geral do trabalho é a realização da análise de uma residência do projeto
SHS sob ação de ventos fortes (furacão de moderada intensidade), considerando a utilização
da tecnologia de tijolos de solo-cimento e, onde necessário, proposição de aprimoramentos
construtivos de modo a viabilizar a construção dessas residências de baixo custo por regime
de mutirão.
Como objetivos específicos busca-se conceber uma estrutura resistente a esforços de
vento na velocidade básica (segundo a norma brasileira NBR6123, ABNT, 1988) igual a 35
m/s, com a mão de obra e materiais disponíveis na região de aplicação do projeto – seja qual
for – além de estudar soluções construtivas para adaptação a esforços de maior magnitude
4
associados ventos de 43 m/s e 50 m/s (155 km/h e 180 km/h, respectivamente). Busca-se
também conhecer o comportamento da estrutura estudada para a velocidade de 60 m/s.
METODOLOGIA
A metodologia utilizada para a elaboração do presente trabalho consiste em pesquisa
bibliográfica a fontes relacionadas ao tema de esforços de ventos fortes em edificações de
pequeno porte, a elaboração de planilhas para a realização dos cálculos e desenvolvimento
de modelos estruturais a partir de software específico, tendo como base o estudo de caso de
uma das edificações propostas no projeto SHS: casa de um pavimento com área útil de 43,03
m², com sala, dois quartos, banheiro, cozinha, área de serviço e varanda.
A análise documental foi baseada em documentação textual, para a qual foram
consultados livros de autores referenciados no assunto, artigos publicados em meio
eletrônico, dissertações e teses de Trabalhos de Conclusão de Curso em andamento, notícias
publicadas em mídias eletrônicas e normas ABNT.
O estudo prático do trabalho foi realizado com base no projeto Solução Habitacional
Simples (SHS), mais especificamente pelo grupo de Estruturas, integrado pelo autor. Nessa
etapa, foi estudada a norma NBR 6123 – Forças devidas ao vento em edificações, e
desenvolvidas planilhas e modelagens estruturais no software Ftool - programa para análise
estrutural bidimensional disponibilizado gratuitamente pela Pontifícia Universidade Católica
do Rio de Janeiro (PUC-Rio) - para o cálculo da influência dos esforços de vento nas
residências.
Para a obtenção dos esforços foram considerados ventos de velocidade entre 35 m/s
e 50 m/s, máxima velocidade básica de projeto no Brasil de acordo com a norma brasileira –
NBR 6123/1988. Foram analisados também ventos com velocidade de 60 m/s, ainda se
utilizando os critérios da NBR 6123/1988, a título de análise exploratória. Essa última análise
foi realizada a fim de se conhecer o comportamento da estrutura para esforços dessa
magnitude.
Para o estudo de caso foi utilizado o modelo arquitetônico original do projeto SHS com
algumas alterações como: telhado de águas iguais e variadas modulações de enrijecedores
para análises mais aprofundadas. Foram desenvolvidas concepções estruturais e avaliada a
resistência dessas configurações aos esforços estudados. Com o objetivo de melhorar a
estrutura em termos de resistência, foi sugerida a incorporação de detalhes construtivos -
obtidos na literatura e desenvolvidos pelo grupo de estruturas.
Por fim, destaca-se o caráter integrado do trabalho em questão, por ter sido
desenvolvido em conjunto com diversos trabalhos envoltos na mesma temática e a partir de
5
um projeto multidisciplinar. Dado que esta monografia não se propõe a esgotar o cálculo
estrutural da edificação estudada e sim se dedicar ao estudo das ações do vento, é de
fundamental importância que as demais análises da estrutura sejam integradas de modo a se
definir o modelo estrutural mais adequado ao projeto, o que é objetivo do projeto Solução
Habitacional Simples.
ESTRUTURA DO TRABALHO
A estrutura desta monografia está dividida em cinco capítulos. O primeiro capítulo é
uma introdução à relevância do tema escolhido, apresentando os objetivos do trabalho e
descrevendo a metodologia utilizada para sua realização. No segundo capítulo são
explicitados estudos já realizados sobre influência de ventos fortes em edificações, suas
características e consequências. Abrange também a apresentação de conceitos e termos que
serão utilizados ao longo dos demais capítulos, além do histórico de desastres causados pela
força do vento no Brasil e no mundo.
O capítulo três aborda o estudo da estrutura da edificação, assim como as discussões
para se chegar até a solução proposta. Inclui a interpretação e aplicação da norma NBR
6123/1988 – Forças devidas ao vento em edificações, para o objeto de estudo desse trabalho
e são desenvolvidos cálculos e planilhas para a realização das análises. Tomando como
estudo de caso o projeto Solução Habitacional Simples, em específico o embrião 2, são
comparadas diferentes concepções estruturais e analisada a resistência das paredes das
edificações para cada uma delas. As estruturas são também submetidas a diferentes
velocidades de ventos, definidas de acordo com as categorias de classificação das escalas
de intensidade de tornados – Escala Fujita – e de furacões – Escala Saffir-Simpson. Para
cada velocidade, é analisada ainda a influência dos ângulos de incidência da carga dos
esforços de vento e o comportamento das paredes de alvenaria em cada um desses casos.
São apresentadas as modelagens virtuais da estrutura e tabelas de resultados para cada
situação analisada.
O quarto capítulo aborda boas práticas de construção utilizadas para edificações em
áreas com possibilidade de ocorrência de desastres naturais, especificamente de ventos
fortes. Essas práticas foram pesquisadas em bibliografias, reunindo métodos construtivos
aplicados em variadas regiões do mundo e também sugeridas pelo autor e orientador desse
trabalho. As sugestões levantadas foram analisadas sob a ótica do projeto Solução
Habitacional Simples e as que se demonstraram aplicáveis foram sugeridas como possíveis
incorporações de detalhes construtivos a fim de reforçar a estrutura para as solicitações de
esforços de vento as quais pode ser submetida.
6
Por último, no quinto capítulo são feitas considerações finais sobre o tema, concluindo-
se as possibilidades de se ter uma estrutura em solo-cimento capaz de resistir a esforços de
vento de grande magnitude. É analisado, também, como os detalhes construtivos podem ser
responsáveis pelo aumento de resistência de uma estrutura ainda de baixo custo e
possivelmente construída por profissionais sem especialização. Destaca-se, no entanto, que
as análises desse trabalho foram realizadas no âmbito teórico, sendo desejáveis estudos
experimentais que comprovem a validade dos resultados obtidos frente ao sistema construtivo
estudado.
7
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
TIPOS DE VENTO
Segundo a Escala Beaufort, ventos fortes são da ordem de 13,8 m/s, com rajadas de
3 segundos de até 20 m/s (MALITE et al., 2004). Ventos dessa magnitude já são resistidos
normalmente por edificações construídas com os métodos usuais de construção.
Portanto, o foco do presente trabalho é tratar de ventos com maior poder de destruição,
capazes de arrastar pessoas, arrancar árvores e até mesmo retirar edificações de suas
fundações.
Antes de aprofundar mais o assunto, é de extrema importância a conceituação de
alguns pontos, para melhor entendimento do conteúdo, que estão apresentados no
APÊNDICE A1.
2.1.1 CICLONES EXTRATROPICAIS
Ciclones, como já conceituado anteriormente, são os movimentos circulatórios do ar
em torno dos centros de baixa pressão. Os ciclones extratropicais, que são o foco deste
trabalho, possuem a particularidade de interação entre frentes fria e quente (Figura 2) e o
equilíbrio dos seus ventos com a rugosidade da superfície terrestre, ou seja, possuem um
comportamento de fácil identificação e, por isso, servem de base para estudos e normas que
falam sobre a força dos ventos. Segundo Blessmann (2013), esses ciclones possuem uma
atmosfera verticalmente estável, seu diâmetro pode passar de 3.000 km e a velocidade de
seus ventos raramente ultrapassa 200 km/h.
Figura 2 – Ilustração de formação de ciclone extratropical (UK Weather – Lecture 5, 2012)
8
2.1.2 CICLONES TROPICAIS
Já os ciclones tropicais podem chegar a escalas maiores que os extratropicais e seus
ventos devastadores podem assumir velocidades acima de 300 km/h. Um ciclone tropical tem
a origem com um grupo de tormentas elétricas, situadas em água quente, que convergem
gerando um movimento circulatório (Figura 3).
Figura 3 – Ilustração de formação de ciclone tropical (NASA, 2018)
Conforme esse movimento das tormentas elétricas se desenvolve, o mesmo organiza-
se e, consequentemente, ocorre a queda da pressão atmosférica ao redor do movimento. Em
determinadas condições, que não fazem parte do objetivo desse trabalho, esse movimento
circular organizado das trovoadas origina um furacão de categoria 1 (BLESSMAN, 2013). A
partir de então, conforme as condições forem permanecendo favoráveis, o furacão fica cada
vez mais intenso, percorrendo as categorias na escala Saffir-Simpson (Tabela 1), e destruindo
tudo ao seu redor. Os ventos são categorizados de acordo com suas velocidades mantidas
durante um minuto – “ventos sustentados” (SECRETARIA DA EDUCAÇÃO, 2018).
9
Tabela 1 - Escala Saffir-Simpson (Apolo11, 2018).
2.1.3 TORNADOS
O fenômeno Tornado pode ser definido, segundo Blessmann (2013), como um
redemoinho onde, em seu interior, o ar move-se circularmente com altas velocidades. O
movimento giratório de um tornado começa na nuvem e gradualmente se aproxima do solo
até tocá-lo. Vale ressaltar, que há situações inversas em que o redemoinho começa no solo
e sobe até se unir à nuvem (Figura 4).
Categoria km/h m/s Descrição
1 119–153 33-42
As ondas provocadas pela tempestade aumentam entre 1.3 e 1.5 metros acima de seu nível
normal. Não há riscos reais nas estruturas. Há riscos menores para traillers soltos e queda de
pequenas árvores. Alguns outdoors mal construídos podem ser arrancados. Também alguns
alagamentos podem ser percebidos próximos à costa, bem como alguns desmoronamentos.
2 154–177 43-49
As ondas erguem-se entre 1.8 e 2.45 metros acima de seu nível normal. Causa danos em
telhados, janelas e portas, podendo arrancá-los. Danos consideráveis em árvores e arbustos.
Algumas árvores podem ser arrancadas. Sérios danos em traillers, barcos ancorados e
outdoors. Duas horas antes da chegada do olho do furacão diversos alagamentos são
verificados. Pequenos barcos em ancoradouros desprotegidos rompem suas amarras.
3 178–209 50-58
Um grande furacão. As ondas alcançam até 3.7 metros. Danos em estruturas de pequenas
residências. Árvores de grande porte podem ser arrancadas. Traillers e outdoors são
destruídos. Locais de baixadas são alagados 3 horas antes da chegada do centro da
tempestade. Os alagamentos próximos à costa arrasam pequenas propriedades. Pode ser
requerida a evacuação de áreas mais baixas.
4 210–249 59-69
As ondas alcançam 5.5 metros. Destelhamento completo em pequenas residências. Árvores,
arbustos e outdoors são arrancados. Destruição completa de traillers. Grandes danos em
portas e janelas. Lugares baixos são inundados em até 3 horas antes da chegada do olho do
furacão. Áreas de 3 metros, acima do nível médio do mar, podem ser inundadas, requerendo
massiva evacuação das áreas residências distantes até 10 km da costa.
5 >249 >69
Nível máximo da escala. As ondas são acima de 5.5 metros. Destelhamento total da maioria
das casas e prédios industriais. Algumas casas são arrastadas com a força do vento. Todas
as árvores, arbustos, outdoors e luminosos são arrancados. Grandes danos nas áreas baixas
localizadas a menos de 4.5 metros acima do nível médio do mar. Grandes inundações até 500
metros de distância da linha da praia. Evacuação total nas áreas até 16 km da costa.
ESCALA SAFFIR-SIMPSON
10
Figura 4 – Formação de Tornado (eSchooltoday, 2017)
A velocidade horizontal máxima dos ventos de um tornado é determinada pela
intensidade dos danos causados, de acordo com a escala Enhanced Fujita (Tabela 2):
Tabela 2 – Escala Fujita Melhorada (Astronoo, 2018).
A literatura estrangeira ainda é bem mais numerosa do que a brasileira, porém a
incidência de ventos severos, principalmente, na América do Norte é muito maior que na
América do Sul. A título de comparação, nos Estados Unidos, a incidência de tornados
registrados em todo seu território está entre 900 e 1800 por ano, de 1990 até os dias atuais,
como ilustrado na Figura 5.
Classes Danos
EF0 105-137 km/h 29-37 m/sPartes telhado parcialmente removido (azulejos, telhas), calhas, chaminés
e revestimento danificados
EF1 138-178 km/h 38-49 m/sPartes telhado completamente removido, portas exteriores e janelas
quebradas
EF2 179-218 km/h 50-60 m/sTelhados soprados em casas sólidas, casas completamente destruídas,
grandes árvores quebrados ou arrancados
EF3 219-266 km/h 61-73 m/sPisos de casas sólidas destruídos, trens derrubados, árvores
descascadas, carros levantados
EF4 267-322 km/h 74-90 m/s Casas bem construídas soprados e muitos objetos se tornam projéteis
EF5 >322 km/h > 90 m/sCasas destruídas e objetos sólidos do tamanho de um carro são sugados
para o ar
ESCALA FUJITA MELHORADA (EF)
Velocidade dos ventos
11
Figura 5 - Número de tornados por ano nos Estados Unidos (NOAA, 2017).
Já no Brasil, num período de 25 anos (anos de 1985 até 2010), o país registrou 205
tornados por todo seu território (ESTADÃO, 2013), ou seja, aproximadamente oito tornados
ao ano.
2.1.4 EXPLOSÕES DESCENDENTES (Downburst)
Fujita, em 1974, já conhecido por seus estudos sobre tornados, descobriu o fenômeno
das explosões descendentes e nomeou, em 1975, por downburst.
Sua descoberta ocorreu após um sobrevoo em uma zona com plantação destruída por
um suposto tornado. Fujita observou que as árvores estavam tombadas de maneira diferente
às submetidas aos tornados. O cientista assemelhou a cena ao dia em que havia sobrevoado
Hiroshima e Nagasaki após o impacto das duas bombas atômicas no final da II Guerra Mundial
(1939-1945), em 1945.
12
Figura 6 – Ilustração do fenômeno Downburst (WeatherWatchers, 2018)
O fenômeno Downburst pode ser associado a um vento - aproximadamente vertical - de
grande intensidade que, quando junto ao solo, seus ventos sopram em forma radial, podendo
atingir grandes velocidades (Figura 6).
Ainda em 1975, Fujita classificou o downburst em duas categorias: Microburst e
Macroburst. As categorias se diferenciam mais no que se refere ao alcance dos ventos. No
microburst, os ventos restringem-se a um diâmetro de 4 km contados a partir do centro do
fenômeno, com velocidade em torno de 75 m/s (270 km/h). Já o macroburst, é responsável
pelos ventos que cobrem uma superfície de diâmetro entre 4 e 10 km, com velocidade de até
55 m/s (220 km/h) (BLESSMANN, 2013).
Figura 7 – Ilustração de um microburst (Chemtrail, 2016)
13
HISTÓRICO DOS DESASTRES
Os desastres, em geral, são guiados por uma série de acidentes que potencializam
seus poderes destruidores. Alguns dos diversos desastres já registrados, no Brasil e no
mundo, poderiam ter o tamanho da destruição reduzido se alguns fatores tivessem sido mais
estudados. Blessmann (2001) cita que, após uma análise de diversos acidentes, alguns danos
poderiam ter sido evitados se ancoragens, contraventamentos, fundações e paredes fossem
corretamente executados e/ou dimensionados.
Abaixo, serão mostrados alguns desastres, nos âmbitos mundial e nacional, com o
intuito de referenciar o potencial de destruição em diversas intensidades de vento.
2.2.1 NO MUNDO
No mundo, principalmente nos Estados Unidos, os desastres são mais violentos por
motivos da grande intensidade de tempestades em áreas planas, consequentemente, maior
probabilidade de grande intensidade dos ventos.
O tornado mais violento registrado nos Estados Unidos, segundo o site
U.S.Tornadoes, foi o Tri-State em 1925. Recebeu esse nome por percorrer três estados
(Missouri, Illinois e Indiana) a uma velocidade de deslocamento translacional de
aproximadamente 100 km/h. Com cerca de 352 km percorridos, o Tri-State causou 695 mortes
e 2027 pessoas ficaram feridas com seus ventos de até 420 km/h, sendo considerado da
categoria F5 após a criação da escala Fujita. Durante todo o seu percurso, o tornado derrubou
cerca de 15.000 casas, retirando algumas de suas fundações (U.S.TORNADOES, 2014). Vale
ressaltar que essa velocidade não foi identificada na época de ocorrência do fenômeno devido
à falta de equipamentos. Apenas após a criação da Escala Fujita, foram analisados os danos
causados pelo tornado e a partir dessa informação, a velocidade dos ventos do Tri-State foi
estimada. Isso foi feito para os tornados de mais destaque antes de 1970 – ano de criação da
Escala Fujita.
Na Ásia, em 1999, o Tufão Bart, com seus ventos de 238 km/h (66 m/s), provocou um
maremoto que causou 41 mortes, 304 pessoas feridas, 60 casas foram completamente
devastadas pela água e um guindaste de 100 toneladas caiu sobre uma fábrica. Todos esses
incidentes foram registrados no Japão. Houve incidentes também na Coréia do Sul
(BLESSMANN, 2001).
Mais recentemente, em 2016, o Furacão Matthew atingiu parte das Américas Central
e Norte causando catástrofe em diversos lugares, dentre eles está o Haiti, que já havia sofrido
um terremoto em 2010. Os ventos de Matthew chegaram a 230 km/h, sendo considerado
14
furacão da categoria quatro na escala Saffir-Simpson. Tamanho poder destrutivo causou
cerca de 877 mortes, segundo estimativa da agência internacional de notícias Reuters (EL
PAÍS, 2016).
2.2.2 NO BRASIL
O território brasileiro apresenta um elevado risco à ocorrência de tornados, sendo os
estados de Santa Catarina, São Paulo e Rio Grande do Sul os mais afetados, segundo
Candido (2012). Alguns registros pelo Brasil permitem concluir que, mesmo em poucos casos
comparado aos Estados Unidos, precisa-se de certa atenção no cálculo e na execução das
estruturas resistentes às ações dos ventos.
Em 1997 na cidade de Itaqui, Rio Grande do Sul, foi registrada a ocorrência de uma
tormenta violenta, com suspeita de tornado. Seus ventos podem ter chegado a 144 km/h (40
m/s) deixando um rastro de danos em cerca de 4 mil casas, 120 postes de energia e muitas
árvores. Cinco silos de 5 toneladas foram retirados de suas bases, além do telhado de aço
galvanizado de um armazém (BLESSMANN, 2001).
O furacão Catarina, ocorrido em 2004 no sul do Brasil, ficou marcado na história por
ser o primeiro ciclone extratropical a ser detectado próximo da costa brasileira a se tornar de
fato um furacão. Os danos que ele causou, principalmente nos estados de Santa Catarina e
Rio Grande do Sul, se aproximaram de 25.000 residências, 16 escolas, 170 estabelecimentos
e lavouras com algum tipo de dano ou destruídas. Além de todo dano material, mais de 300
pessoas ficaram feridas (BLESSMANN, 2013). Os ventos do Catarina, de acordo com
imagens de satélite, ficaram numa faixa de 136 km/h a 144 km/h, classificando o furacão como
de categoria 1, na escala Saffir-Simpson (BEVEN, 2004)
Na cidade de Xanxerê, oeste do estado de Santa Catarina, em 2015, em menos de
cinco minutos um tornado destruiu metade da cidade atingindo com seus ventos de até 250
km/h cerca de 3000 casas, levando duas pessoas a óbito e deixando 120 feridas. Além de
Xanxerê, outras 12 cidades foram atingidas, porém por ventos mais fracos. Esse tornado foi
classificado como categoria F2 (EL PAÍS, 2015).
SISTEMAS ESTRUTURAIS E A AÇÃO DO VENTO
Ao se fazer um retrospecto da preocupação dos ventos na estrutura, nota-se que
antigamente as construções eram menos vulneráveis à esta ação. Um exemplo de construção
que utiliza o sistema de alvenaria não armada é o Monadnock Building, em Chicago, Illinois.
O edifício, que teve sua construção do ano de 1889 até 1891, possui as paredes no térreo
15
que chegam a 1,80 metros de espessura (FRANCO, L. S., 2004) (Figura 8) e um total de 65
metros de altura (16 andares).
Figura 8 - Seção transversal de parede em alvenaria estrutural do Edifício Monadnock (Franco, L. S., 2004)
Com esse sistema, as construções eram muito pesadas, o que resultava numa maior
resistência ao vento. Conforme o tempo foi passando, novos sistemas construtivos foram
sendo criados, os sistemas atuais foram sendo reinventados, aperfeiçoados e cada vez mais
os edifícios foram ficando esbeltos.
Porém, o que antes não preocupava, hoje em dia é digno de estudo e teste em túneis
de vento. O dimensionamento das estruturas para ação dos esforços de vento é considerado
obrigatório e de extrema importância devido a expressiva esbeltez e leveza dessas novas
construções.
Um exemplo de estrutura leve, muito utilizada hoje em dia, é o sistema Light Steel
Frame – estrutura leve de aço (perfis galvanizados), técnica bastante difundida nos Estados
Unidos. Trata-se de uma técnica de construção de residências estruturadas revestidas
externamente por placas cimentícias, por exemplo, e internamente por chapas de gesso
acartonado (Sistema Drywall). Porém, todo esse sistema é muito vulnerável à ação dos
ventos. Essas estruturas, por serem muito leves, sofrem muito com a sucção e sobrepressão
causada pelos ventos de alta intensidade. Desde a incidência do furacão Katrina no estado
da Luisiana, em 2005, há estudos americanos para a construção de casas antifuracões
utilizando a tecnologia de concreto pré-fabricado (SANTOS, 2017).
16
No caso de estruturas com tipologias convencionais deve-se utilizar os procedimentos
de normas de projeto para o cálculo das forças devidas ao vento e da verificação à segurança
estrutural. Em outros casos pode vir a ser necessário recorrer a ensaios em túnel de vento
como o que está ilustrado na Figura 9.
Figura 9 – Modelo do Estádio Olímpico Luis Ramos, Puerto La Cruz, Venezuela (LAC – UFRGS, ND).
Os ventos possuem abordagens e normas diferentes em diversos continentes - como
a ASCE/SEI 7-05 nos Estados Unidos e a Eurocode 1 na Europa - pelo fato de possuírem
uma necessidade diferente de estudo acerca da influência dos esforços de ventos nas
estruturas das suas construções, pois as condições climáticas, de terreno e os tipos de
construções diferem de país para país.
A norma brasileira NBR 6123 (ABNT, 1988) fornece os procedimentos para
determinação das forças devidas ao vento em edificações. Esta norma foi elaborada sob a
coordenação do Prof. Joaquim Blessmann da Universidade Federal do Rio Grande do Sul,
autor de diversas obras sobre a engenharia do vento. De acordo com este autor
(BLESSMANN, 2013):
Rajadas de vento em torno de 100 km/h têm ocasionado muitos
acidentes no Brasil, mesmo em regiões onde a norma indica
velocidades básicas de rajadas de 40 m/s (144 km/h) ou mesmo
maiores.
Com isso, fica muito claro que ainda não há o correto dimensionamento de edificações
no Brasil de acordo com a norma regulamentadora NBR 6123/1988. A preocupação que se
tem hoje com os desastres naturais, causados pelos furacões e tornados, é com a tamanha
destruição que ambos causam por onde passam. Porém, em acordo com Blessmann (2001)
a causa de grande parte dos danos em si não são nem os ventos propriamente ditos, são os
17
diversos elementos que não estão fixados corretamente e acabam sendo levados pelos
ventos fortes como pedaços de construções (principalmente as telhas) e árvores. Uma vez
arrastados pelos fenômenos naturais, esses objetos tornam-se projéteis de alto poder
destrutivo.
Seja qual for o tamanho ou o peso, se o telhado não for bem fixado ou se as ligações
entre os diferentes elementos estruturais não forem capazes de resistir aos esforços de tração
de vento, se torna impossível que a construção suporte tamanha exigência.
FORÇAS DEVIDAS AO VENTO EM EDIFICAÇÕES – NBR 6123/1988
A norma NBR 6123/1988 toma por base os fenômenos de ciclones extratropicais, pelo
fato de apresentarem ventos fortes com o melhor equilíbrio dinâmico com a rugosidade da
superfície terrestre. Porém, apesar das diferenças de estrutura dos ciclones extratropicais e
tropicais, Blessmann (2013) conclui:
“[...] os ciclones tropicais de grandes dimensões, em seu estágio
maduro, para fins de engenharia estrutural podem ser
considerados como atendendo às especificações das normas de
vento no que se refere à variação da velocidade média com a
altura [...] e às características da turbulência, ambos fortemente
influenciados pela rugosidade da superfície terrestre”.
Portanto, para a elaboração dos cálculos dos esforços de vento, seguindo a norma,
será adotada – como referência de velocidades – a escala Saffir-Simpson (escala de
categorização dos furacões) e comparada também, apenas a título de intensidade, com a
escala Enhanced Fujita (escala de classificação dos tornados).
Torna-se necessária a elucidação de diversos pontos da norma NBR 6123/1988 para
que todos os cálculos possam ser devidamente explicados e compreendidos no capítulo 3.
A força do vento sobre uma superfície plana – como paredes e telhados - atua
perpendicularmente a ela, sendo dada pela equação 1:
F = (Ce − Ci) × q × A (1)
Onde:
Ce = coeficiente de forma externo
Ci = coeficiente de forma interno
18
2.4.1 VELOCIDADE BÁSICA DE VENTO, V0
A velocidade básica de vento é tida como a velocidade média máxima de uma rajada
com duração de 3 segundos, medida em equipamentos destinados às mesmas condições de
instalação (altura, localização e rugosidade do terreno) por todo território nacional. Esses
anemômetros1 devem ser localizados em terrenos planos, campo aberto, sem obstruções e a
10 metros de altura.
A partir dos dados desses equipamentos, gera-se um mapa de isopletas2 (Figura 10),
variando a cada 5 m/s, para auxiliar na identificação de qual velocidade básica deverá ser
considerada, em determinada região, para cálculos de influência de vento em estruturas para
ali projetadas.
Figura 10 - Mapa de isopletas do Brasil (Programa Ciclone v.5.0 – beta - USP, 2018).
1 Aparelho que mede ou registra a velocidade dos ventos. 2 Curva traçada num mapa em que todos os seus pontos correspondem ao mesmo valor de uma quantidade observável. No caso do presente trabalho, é a curva que representa regiões que possuem a mesma intensidade de velocidade básica do vento (V0)
19
2.4.2 VELOCIDADE CARACTERÍSTICA, Vk
Excedida em média uma vez em 50 anos, a velocidade básica, V0, é estabelecida para
servir como velocidade padrão, a partir da qual serão aplicados fatores que buscam adaptar
o valor da velocidade para situações reais da localidade da construção. Dá-se o nome à essa
velocidade adaptada de velocidade característica do vento, Vk.
A velocidade básica, V0, é descoberta de acordo com as situações de campo dos
equipamentos citados no item 2.4.1 deste trabalho. Logo, sabendo que nem todas as
construções possuem altura de 10 metros e estão localizadas em terreno de campo aberto,
plano e sem obstruções, há a necessidade de fatores corretivos para encontrar uma
velocidade característica do vento adequada.
A velocidade característica pode ser influenciada por três fatores:
S1: Fator topográfico – item 2.4.3
S2: Fator de rugosidade do terreno – item 2.4.4
S3: Fator estatístico – item 2.4.5
Com o propósito de encontrar a velocidade característica ideal para a situação real da
edificação, a NBR 6123/1988 preconiza como procedimento a equação 2:
Vk = S1 ∙ S2 ∙ S3 ∙ V0 (2)
2.4.3 FATOR TOPOGRÁFICO, S1
O fator topográfico S1, segundo a NBR 6123/1998, leva em consideração as variações
do relevo do terreno onde a edificação será construída.
Como o nome já diz, esse fator é utilizado para fazer a ponderação da velocidade
básica de acordo com a topografia do terreno, que por sua vez, pode ser considerada de três
situações diferentes de acordo com a norma referência:
Terreno plano ou fracamente acidentado: S1 = 1,0;
Taludes e morros: os valores de S1, nessas circunstâncias, são variados de
acordo com o ângulo de inclinação média e a diferença de nível entre a base e
o topo do talude ou morro.
Vales profundos, protegidos de vento de qualquer direção: S1 = 0,9
Essas situações são citadas em norma, mas caso a complexidade de enquadramento
do relevo seja muito alta, recomenda-se a execução de ensaios de modelos topográficos em
túnel de vento.
20
2.4.4 FATOR DE RUGOSIDADE DO TERRENO, S2
O fator S2 é o responsável por considerar a combinação das dimensões da edificação
com a rugosidade do terreno, aliado à variação da velocidade do vento de acordo com a altura
considerada.
Para a realização da combinação supracitada, estudou-se cada aspecto que influencia
no cálculo do S2, que serão explicitados abaixo, chegando à conclusão de um valor para esse
fator no capítulo 3.
2.4.4.1 RUGOSIDADE DO TERRENO
Por entendimento próprio, a rugosidade do terreno é considerada como um aspecto
que varia de acordo com todo e qualquer obstáculo3 que impeça o vento de ter uma fluidez
natural. Para o centro de uma cidade densamente ocupada, por exemplo, é normal se
imaginar de que o vento não terá tamanha intensidade como se estivesse agindo em um
terreno amplo e deserto.
A NBR 6123/1988 segmenta a rugosidade do terreno em cinco categorias, conforme
segue:
CATEGORIA I: são superfícies lisas de grandes dimensões, com mais de 5 km de
extensão, medida na direção e sentido do vento incidente. Como exemplos dessa
categoria estão: mar calmo, rios, lagos e pântanos sem vegetação;
CATEGORIA II: Terrenos abertos, com poucos obstáculos isolados, tais como
árvores e edificações baixas. A altura média dos obstáculos é considerada inferior
ou igual a um metro. São citados como exemplos na norma referência: zona
costeira plana, campos de aviação e fazendas sem sebes ou muros;
CATEGORIA III: Terrenos planos ou ondulados com obstáculos, tais como sebes
e muros, poucos quebra-ventos de árvores, edificações baixas e esparsas. A cota
média de topo dos obstáculos é considerada igual a três metros. São exemplos:
fazendas com sebes e muros, subúrbios com casas baixas e esparsas com uma
distância considerável do centro;
3 Entende-se por obstáculo, no estudo de vento, toda e qualquer obstrução, natural ou artificial, que impeça a fluidez natural do vento.
21
CATEGORIA IV: Terrenos cobertos por obstáculos numerosos e poucos
espaçados, em zona florestal, industrial ou urbanizada. A altura média dos
obstáculos é igual a dez metros. São citados como exemplos: cidade pequenas e
seus arredores, subúrbios densamente construídos e zonas de parques e bosques
com muitas árvores.
CATEGORIA V: Terrenos cobertos por obstáculos numerosos, grandes, altos e
pouco espaçados. A altura dos obstáculos é considerada igual ou superior a 25
metros. Exemplos: centros de grandes cidades, florestas com árvores altas e
complexos industriais bem desenvolvidos.
2.4.4.2 DIMENSÕES DA EDIFICAÇÃO
Para definição do fator S2, avaliando as dimensões da edificação, deve-se definir o
tempo de rajada de vento de 3, 5 ou 10 segundos de acordo com a área a ser abrangida pelo
vento: quanto maior a área, maior deverá ser a rajada de vento.
Para avaliação da rajada de vento a ser considerada nos cálculos, a NBR 6123/1988
classifica as edificações em A, B e C:
Classe A: Edificações que possuam a maior dimensão, seja horizontal ou
vertical, menor que 20 metros.
Classe B: Edificações que possuam a maior dimensão, seja horizontal ou
vertical, maior ou igual a 20 metros e menor que 50 metros.
Classe C: Edificações que possuam a maior dimensão, seja horizontal ou
vertical, maior que 50 metros.
2.4.4.3 ALTURA DO TERRENO
Com a categoria do terreno e classe da edificação definidas, é possível obter o valor
do fator S2 através da equação 3:
S2 = b ∙ Fr ∙ (z10⁄ )p (3)
Na equação 3, os parâmetros são:
z – altura, em metros, do vento calculado acima do terreno;
Fr – fator de rajada correspondente à categoria II;
22
b – parâmetro de correção da classe da edificação;
p – parâmetro meteorológico.
Sabendo que z é a altura acima do terreno que se deseja calcular a velocidade do
vento, as variáveis b, p e Fr (fator de rajada) podem ter seus valores descobertos a partir da
Tabela 3. Nota-se que o valor de Fr tem sempre como referência a categoria II:
Tabela 3 - Parâmetros meteorológicos (NBR 6123/1988).
2.4.5 FATOR ESTATÍSTICO, S3
O fator estatístico avalia o grau de segurança da edificação e a vida útil da mesma,
fazendo uso de conceitos probabilísticos e o tipo de ocupação.
Para análise desse fator, existem diferentes grupos discriminados na norma NBR
6123/1988, onde para cada um é atribuído um valor mínimo de S3. Os grupos foram
separados, conforme na Tabela 4, de acordo com o tipo de ocupação da edificação:
A B C
b 1,10 1,11 1,12
p 0,06 0,065 0,07
b 1,00 1,00 1,00
Fr 1,00 0,98 0,95
p 0,085 0,09 0,10
b 0,94 0,94 0,93
p 0,10 0,105 0,115
b 0,86 0,85 0,84
p 0,12 0,125 0,135
b 0,74 0,73 0,71
p 0,15 0,16 0,175
III 350
IV 420
V 500
Categoria Zg (m) ParâmetroClasses
I
II 300
250
23
Tabela 4 – Valores mínimos do fator estatístico S3 (NBR 6123/1988).
2.4.6 PRESSÃO DINÂMICA, q
Sendo a pressão exercida pela ação do vento correspondente à velocidade
característica (Vk) sobre uma superfície, em N/m², a pressão dinâmica é calculada pela
expressão 4.
q = 0,613 ∙ Vk2 (4)
2.4.7 COEFICIENTE DE FORMA (Ce)
Conhecido também como valor médio do coeficiente de pressão externa, o coeficiente
de forma externo, ce, permite a simplificação do dimensionamento, pois possui um valor
tabelado para cada uma das partes de uma superfície com variações consideráveis de
pressão.
Paredes e telhados possuem seus respectivos coeficientes de forma, para ventos a 0°
e 90°4 em relação à edificação, de acordo com a norma NBR 6123/1988. Os coeficientes são
divididos em regiões (Figura 11) de acordo com a proporção da altura da construção pelo lado
menor da mesma. Para as paredes, os valores de ce são tabelados.
4 Entende-se por vento a 0° aquele que incide perpendicularmente ao menor lado da residência. Por sua vez, entende-se por vento a 90°, o vento que incide perpendicularmente ao maior lado da edificação.
Grupo Descrição do tipo de ocupação Valor de S3
1
Edificação cuja ruína total ou parcial pode afetar a segurança ou
possibilidade de socorro a pessoas após uma tempestade destrutiva
(hospitais, quarteis de bombeiros e de forças de segurança, centrais de
comunicação, etc).
1,10
2Edificação para hoteis e residências. Edificações para comércio e indústria
com alto fator de ocupação.1,00
3Edificações e instalações industriais com baixo fator de ocupação
(depósitos, silos, construções rurais, etc).0,95
4 Vedações (telhas, vidros, paineis de vedação, etc). 0,88
5Edificações temporárias. Estruturas dos Grupos 1 a 3 durante a fase de
construção.0,83
24
Figura 11 – Regiões dos coeficientes de forma das paredes (NBR 6123/1988).
i. Nota: Para vento a 0°, nas partes A3 e B3, o coeficiente de forma Ce tem os
seguintes valores:
o Para a/b = 1: mesmo valor das partes A2 e B2;
o Para a/b ≥ 2: Ce = - 0,2;
o Para 1 < a/b < 2: interpolar linearmente.
No cálculo do telhado, de acordo com a norma NBR 6123/1988, o vento a 90° é o
vento que incide paralelamente à linha da cumeeira, visto que a representação padrão da
norma mostra uma edificação com as águas do telhado possuindo o menor curso d’água, ou
seja, a cumeeira é traçada ao longo da maior dimensão da edificação.
Todos as nomenclaturas de regiões de coeficiente e ângulos de incidência de vento
(Figura 12) foram baseadas na norma em questão (NBR 6123/1988).
Figura 12 – Regiões de coeficientes de forma (Ce) do telhado.
25
ii. Nota: Para vento a 0°5 nas partes I e J, o coeficiente de forma Ce tem os
seguintes valores:
o Para b/a = 1: mesmo valor das partes F e H;
o Para b/a ≥ 2: Ce = - 0,2;
o Para 1 < b/a < 2: interpolar linearmente.
2.4.8 COEFICIENTE DE PRESSÃO INTERNA (Cpi)
O coeficiente cpi é identificado através da permeabilidade dos elementos da estrutura
considerada. A NBR 6123/1988 determina alguns valores para combinações específicas de
permeabilidades das faces da edificação em questão. A norma em referência cita que para
residências com paredes internas permeáveis, a pressão interna pode ser considerada
uniforme, de forma que se pode considerar ci = cpi. A norma sinaliza, também, que alvenarias
que contém esquadrias são consideradas permeáveis – item 6.2.2 da NBR 6123/1988.
De acordo com a norma, para cálculo do cpi em caso de abertura dominante – conceito
explicado no APÊNDICE A1 - deve-se encontrar a proporção entre a área da abertura
dominante (Aad) e a soma das áreas das outras aberturas situadas nas outras faces
submetidas a sucções externas (Aase – Áreas de alta sucção externa). A partir dessa
proporção, através da norma NBR 6123/1988 – item 6.2.5 –, encontra-se o cpi relacionado.
Para a área da abertura dominante, como ilustrado da Figura 13, deve-se calcular a
Aad (área de abertura dominante) através da equação 5:
Figura 13 – Área da abertura dominante do telhado.
5 Entende-se por vento a 0° nos telhados, o vento que incide perpendicularmente à cumeeira.
26
Aad = b ∙ y (5)
Os cálculos serão explicitados na página 46.
SOLUÇÃO HABITACIONAL SIMPLES (SHS)
2.5.1 O PROJETO
O SHS – Solução Habitacional Simples - é um projeto que teve sua primeira fase
desenvolvida ao longo de 2010 a 2012, a partir dos estudos do professor Leandro Torres Di
Gregorio, por uma equipe coordenada pelo professor. Nessa fase foram desenvolvidos
projetos de arquitetura e engenharia, manuais e planilhas, que serão disponibilizados para os
futuros usuários.
A motivação para o projeto SHS surgiu no ano de 2004 com a ocorrência do tsunami,
no sul da Ásia, que matou mais de 285 mil pessoas. Infelizmente, em 2010 no Haiti, ocorreu
um desastre que se assemelhou ao do sul da Ásia em termos de mortes: 316 mil pessoas
(SHS, 2018). Segundo o site do projeto, “no Brasil, merecem destaque os recentes desastres
do Vale do Itajaí no Estado de Santa Catarina, em 2008, com 135 mortes e da Região Serrana
do Estado do Rio de Janeiro, em 2011, com mais de 900 mortes”.
Em 2017, com o início da segunda fase, tomou-se como objetivo a adaptação e
complementação do material elaborado na primeira fase. Para isso, criou-se um projeto de
extensão, oferecido pela Escola Politécnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro, onde
diversos alunos selecionados, por inscrição voluntária, foram separados em grupos de
diversas disciplinas, dentre elas: estruturas, materiais e mutirão.
O projeto SHS busca reunir soluções para (re)construção de unidades habitacionais e
equipamentos coletivos básicos a serem construídos em regiões que sofreram com desastres
naturais ou foram submetidas a situações extremas. O objetivo do projeto é que as
construções sejam realizadas em regime de mutirão pelas próprias pessoas afetadas e que
sejam empregadas tecnologias construtivas de baixo custo.
Sugere-se que a organização da construção das casas seja feita em linhas de
produção, contando com grupos de trabalho e tarefas bem definidos, baseado em conceitos
de Construção Enxuta (Lean Construction), que é tema de um trabalho de conclusão de curso
de DOS SANTOS (2018), integrante da equipe do projeto SHS.
Essas construções, caso viabilizadas, serão feitas utilizando a tecnologia do tijolo de
solo-cimento, que consiste na mistura de solo residual, cimento, cal hidratada e água,
27
originando uma mistura de cor homogênea (LIMA, 2018; SOUSA, 2018). Essa mistura é
levada à prensa mecânica manual onde é prensada e moldada na forma de tijolo de solo-
cimento. Todo o processo de fabricação do tijolo, assim como testes de carga e demais
verificações, constam nos trabalhos de conclusão de curso de Lima (2018) e de Sousa (2018),
originados a partir do SHS.
Para assegurar a qualidade e segurança das obras dessas residências, deve-se contar
com um corpo técnico local para adaptação dos projetos e administração da obra; a
distribuição das casas deve ser realizada à medida que forem concluídas, através de uma
determinada ordem de preferência definida previamente pelos mutirantes.
2.5.2 GRUPO DE ESTRUTURAS
Para o desenvolvimento do SHS foram organizados grupos de trabalho formados por
professores e alunos da UFRJ, para que os assuntos pudessem ser estudados de forma
específica. Assim, as variadas aplicações do conteúdo do projeto se traduziram em diversos
Trabalhos de Conclusão de Curso. Dentro do grupo de Estruturas, responsável pelo tema
tratado nesta monografia, os trabalhos se interligam e resultam em um embasamento teórico
e técnico de toda solução proposta no projeto.
Com o conceito de alvenaria estrutural em tijolo de solo-cimento como sismo-
resistente, a discente Tenório (2018) estrutura seu trabalho ao redor da concepção técnica e
detalhes construtivos que favoreçam a resistência da estrutura diante das cargas dinâmicas
de sismos.
Seguindo o objetivo de redução dos danos quanto aos desastres naturais, o presente
trabalho avalia a influência de ventos fortes nas habitações simples de solo-cimento e fornece
dados de carregamento para cálculos da estrutura, além de sugerir detalhes construtivos que
auxiliam na resistência.
Reunido todos os dados e carregamentos da estrutura, torna-se necessário o
dimensionamento da fundação, não só à compressão, mas também à tração, devido a sucção
provocada pelos ventos. O estudo das fundações será objeto do Trabalho de Conclusão de
Curso de outro integrante do grupo de estruturas.
2.5.3 CARACTERÍSTICAS DO PROJETO E CONFIGURAÇÕES ARQUITETÔNICAS
Tratando-se especificamente das cargas de ventos fortes, o intuito é que se ofereça
soluções construtivas capazes de melhorar a resistência das casas e que tais soluções sejam
baratas e aplicáveis em diferentes regiões. Para que isso aconteça de forma que os
28
trabalhadores sejam os próprios moradores - ou seja, em sua maioria mão de obra não
especializada - a execução das construções não pode contar com técnicas muito elaboradas,
nem considerar materiais que sejam insubstituíveis em sua totalidade ou que sejam
relativamente difíceis de serem encontrados. O cálculo do telhado, por exemplo, não deve
considerar madeiras muito resistentes por não se ter garantia da existência das mesmas em
larga escala em possíveis lugares de aplicação do projeto.
Para a estrutura, através de um traço específico entre solo, cimento e cal, os tijolos
são elaborados utilizando uma prensa manual. Essa prensa é regulada previamente de forma
a garantir compacidade suficiente para que cada tijolo atinja uma resistência à compressão
mínima de 2 MPa. Esses tijolos possuem o nome derivado da mistura dos elementos que o
compõe: tijolos de solo-cimento. Destaca-se que não existe uma norma de alvenaria estrutural
para esse material; no Brasil, a mais próxima é para alvenaria de vedação. Por esse motivo,
os cálculos foram adaptados das normas inglesas BS 5628-1 e 2 – Code of pratice for use of
masonry - que, embora não sejam específicas para o solo-cimento, atende a uma maior
variedade de materiais e, inclusive, deram origem às duas partes da norma brasileira de
alvenaria estrutural em tijolos de concreto – atuais NBR15961-1 e 2.
A tecnologia utilizada no projeto foi base para o desenvolvimento de alguns modelos
de construções de diferentes configurações arquitetônicas: os embriões. Podendo assumir
até dois pavimentos, os tipos de embriões foram elaborados obedecendo as dimensões
mínimas de uma habitação do programa do governo brasileiro “Minha Casa Minha Vida”. Os
embriões foram pensados para atender a diferentes configurações de famílias e capacidade
de investimento da população local.
O embrião tipo 1 é a planta mais básica do projeto (Figura 14), constituída por cozinha,
quarto-sala e banheiro. O embrião tipo 2 (Figura 15) é a expansão horizontal do primeiro, com
o dobro de área, permitindo, assim, a adição de dois quartos. O embrião tipo 3 (Figuras 16 e
17) é a expansão vertical do tipo 1, também possuindo dois quartos e tendo a adição de uma
escada interna à edificação. O embrião tipo 4 (Figura 15) é o maior do projeto, com planta
similar ao embrião tipo 2 e dois andares, projetado para abrigar mais de um núcleo familiar.
Esse trabalho foi desenvolvido com base no estudo de caso para o embrião tipo 2 (Figura 15),
já que se entende que em situação de ameaças extremas não é possível expandir horizontal
e verticalmente a edificação.
29
Figura 14 – Planta baixa do embrião tipo 1 (Di Gregorio et al., 2018).
Figura 15 – Planta baixa dos embriões tipo 2 e 4 (Pavimento térreo e segundo pavimento) (Di Gregorio et al., 2018).
30
Figura 16 – Planta baixa do embrião tipo 3 – Pavimento térreo (Di Gregorio et al., 2018).
Figura 17 – Planta baixa do embrião tipo 3 – Segundo pavimento (Di Gregorio et al., 2018).
31
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Com o foco do trabalho no estudo da influência dos esforços de vento, tendo por
conhecimento o país onde se originou o estudo do projeto SHS, será retratada apenas a
norma brasileira NBR 6123/1988 da ABNT para a concepção da estrutura.
ESTUDO DA ESTRUTURA
O embrião tipo 2 foi escolhido para ser analisado, pois já havia sido estudado mais a
fundo pelo grupo de estruturas - com o objetivo de obter resultados mais relevantes no que
se refere à influência dos ventos fortes na estrutura como um todo. Com o foco em encontrar
a contribuição da sobrecarga dos ventos na estrutura através do telhado, nesses cálculos
foram considerados modelos de pórtico padrão e utilizado o pórtico com menor rigidez e maior
altura, acreditando-se de que estariam sendo considerados os piores casos para o cálculo da
estrutura.
Por localizar-se na mesma linha das paredes centrais, o pórtico da cumeeira - o mais
alto – se torna um pórtico resistente. Dessa forma, o segundo pórtico mais alto (Figura 18)
teve sua altura considerada nos cálculos.
Figura 18 – Concepção inicial da estrutura. Modelo de pórtico não adotado.
32
Figura 19 – Detalhamento da estrutura do telhado.
Quanto à concepção da estrutura dos pórticos, diversas modelagens foram pensadas
e discutidas, com o desafio de se aproximar à uma estrutura resistente às cargas solicitantes
sem poder contar com técnicas complexas. Destaca-se que uma das premissas do projeto é
sugerir soluções simples que possam ser executadas em situações de recursos escassos e
em regime de mutirão. Alguns detalhes construtivos, sugeridos para construções resistentes
a ventos fortes, não puderam ser usados devido à precariedade dos recursos, seja de material
ou mão de obra.
O desafio do presente trabalho é o de propor um arranjo construtivo que ofereça
melhor desempenho contra ventos de velocidade elevada. Um dos recursos avaliados foi criar
uma estrutura de telhado resistente o suficiente para resistir às sobrepressões e sucções dos
ventos fortes. A concepção inicial da estrutura, representada pela Figura 18 e mais próxima
do que é praticado usualmente, foi considerar uma viga de madeira ao longo de cada vão.
Nas vigas, se apoiariam toda estrutura do telhado, porém, para que pudesse ocorrer tal apoio,
as terças deveriam resistir não só ao carregamento do telhado, mas também às cargas
causadas pelos esforços de vento.
Devido aos fatores da mão de obra não qualificada e a escassez de recursos, não se
pode garantir que haveria uma correta execução da ancoragem no único ponto, em cada
parede, de apoio das vigas. A partir dessa dificuldade, foram discutidas diversas maneiras de
se garantir tal ligação rígida, como por exemplo, apoiar a viga no meio do tijolo de solo-cimento
e ancorar a ponta com um “U” de vergalhão ao contrário, conhecido como abraçadeira em “U”
porém, fabricada in loco, nos dois furos do tijolo, a serem preenchidos com graute. Detalhe
ilustrado na Figura 20.
33
Figura 20 – Detalhe de fixação em “U”; detalhe não adotado.
Ao final, reconheceu-se que a amarração com abraçadeira ainda não seria suficiente
para garantir que a ligação seja adotada como rígida no modelo estrutural, principalmente
considerando-se as situações de aplicação do projeto. Como a estrutura da residência deverá
ser testada para diferentes velocidades, desenvolveu-se outro modelo de pórtico, com
detalhes construtivos que o tornam mais rígido, sobretudo nos nós superiores, visando reduzir
o momento na base das paredes, por meio do efeito de pórtico.
Dessa forma, a melhor solução sugerida – e que foi adotada para a estrutura - foi
enrijecer o pórtico através de um sistema de mão francesa.
Foi concebida, então, a estrutura a ser adotada para o projeto. Para fixação dos
extremos das mãos francesas nas paredes, foi considerada uma peça auxiliar (peça de apoio)
em madeira, ancorada horizontalmente na parede, na altura da última cinta armada e ligar a
viga até essa peça através de duas diagonais em madeira de menor bitola, como ilustrado na
Figura 21.
34
Figura 21 – Sistema de mão-francesa do telhado.
Para a escolha do pórtico padrão, após lançada a arquitetura das habitações, o
espaçamento das terças foi definido através da melhor localização para o pórtico, respeitando
a distância limite entre terças para telhas de cerâmica: aproximadamente 1,50 metros
(LOGSDON, 2002). Dessa forma, foi encontrada a distância entre pórticos: 1,40 metros. Além
disso, para o pórtico padrão, foram considerados dois vãos, concordando com a arquitetura
lançada, como representado na Figura 22.
Figura 22 – Pórtico padrão adotado.
35
Levando em consideração todos os pontos discutidos, foi concebida a solução
estrutural para as análises, representada na Figura 23.
Figura 23 – Concepção nova da estrutura; modelo de pórtico adotado.
Concebida a estrutura da edificação, passou-se ao estudo da cobertura. Começando
pelas telhas, mesmo considerando a ascensão das telhas durante um furacão, foram
consideradas telhas de cerâmica individuais (tipo Colonial) pelo fato de, justamente, serem
arrancadas com mais facilidade durante o esforço e por serem mais acessíveis
economicamente. Como Blessmann (2001) mesmo cita em um de seus livros: “se toda a
estrutura não for convenientemente dimensionada, incluindo fundações, o melhor é deixar as
telhas voarem”. Porém, Blessmann cita essa observação deixando bem claro que a
construção deve estar isolada de possíveis danos externos à pessoas, veículos e edificações.
Com as telhas quebradas, cria-se uma abertura dominante no telhado fazendo com que a
sucção sobre o mesmo ou a sobrepressão sobre as paredes reduzam.
Como a ideia do Projeto é (re)construir em diferentes localidades, mais uma ideia foi
implementada pela equipe de estruturas: amarrar uma das pontas das telhas. Dessa forma,
assim que elas começassem a sofrer tamanha força de sucção, elas balançariam e
quebrariam para dentro da residência, fazendo com que não fossem projetadas para fora. Por
questões preventivas, deve-se associar a isso soluções que protejam o interior da residência
dos estilhaços – tratadas em mais detalhes no capítulo 4. Vale ressaltar que nos cálculos não
36
está sendo considerada a resistência à tração da telha nem do arame que a prende (arame
de cobre) quando ela é succionada pelo vento; está sendo assumido que ela não se soltará
da amarração.
Para a resistência das sucções e sobrepressões sofridas pela estrutura do telhado, as
paredes que as solidarizam devem ser capazes de transferir tais solicitações para as
fundações. Por isso, nas regiões de apoio das terças, as paredes foram consideradas com
enrijecedores que auxiliarão numa maior resistência à flambagem e até mesmo ao
rompimento da ligação da estrutura com a fundação, devido às forças de sucção.
Por fim, a fundação deve atender a segurança adequada à ruptura e ter deslocamentos
compatíveis com a estrutura dos tijolos de solo-cimento.
Porém, vale pontuar, que o cálculo da fundação não faz parte deste trabalho. Está
sendo considerado que a fundação está perfeitamente ancorada e que a mesma resistirá a
todos os esforços dos ventos citados. O dimensionamento das fundações, assim como a
viabilidade do sistema por sapatas corridas, ficará por conta de trabalhos futuros do Projeto
SHS.
Partiu-se então da premissa de projeto de se preservar a estrutura da casa, evitando
ou ao menos mitigando danos críticos à alvenaria e ao madeiramento do telhado. Nesse
sentido, as telhas são elementos secundários, dado que o custo de reconstrução do
telhamento é muito menor que o custo de reconstrução da casa como um todo. Além disso,
caso seja considerado que as telhas resistam à ventos fortes, esses esforços seriam
transmitidos para a alvenaria, o que poderia encarecer a estrutura e/ou a fundação. Dessa
forma, entende-se que, devido às condições, pode-se abrir mão das telhas se isso significar
a preservação da estrutura. Para isso, foram considerados dois cenários para análise, de
acordo com a configuração do telhado:
37
telhado íntegro: cenário em que o telhado ainda possui todas as telhas íntegras, portanto
sem danos. Para essa configuração, foi considerado o peso das telhas como carga
permanente da estrutura (Figura 24);
Figura 24 – Detalhe do telhado íntegro.
telhado com uma abertura dominante: cenário em que as telhas que se localizam próximo
a cumeeira – zona de alta sucção externa – voam (Figura 25). Com isso, essa abertura do
telhado torna-se uma abertura dominante a ser considerada nos cálculos. Para essa
configuração, o peso das telhas não foi considerado como carga permanente da estrutura,
analisando o caso mais desfavorável.
Figura 25 – Detalhe do telhado com uma abertura dominante.
38
MODELO ESTRUTURAL
Tendo estudado todas as considerações e limitações para o dimensionamento do
pórtico, sugeriu-se então o modelo estrutural para descrevê-lo. O pórtico foi modelado com
três verticais de enrijecedores, que sustentam duas terças de madeira do telhado. Os
enrijecedores foram considerados engastados à fundação. As ligações enrijecedores-terças
e enrijecedores-peças de apoio foram consideradas como ligações rígidas à rotação.
Para se garantir que essa solução seja, de fato efetiva, foram realizados dois testes
em modelos computacionais com a nova configuração: considerando ligação rígida à rotação
e considerando ligação rotulada (ligação flexível) no encontro das terças com os
enrijecedores.
No entanto, a hipótese de ligações rígidas à rotação entre enrijecedores e terças
dependerá essencialmente do detalhamento dessas ligações. De qualquer forma, a análise
permitiu avaliar que a presença das mãos-francesas forma um sub-sistema triangular que
enrijece a parte superior do pórtico tornando os resultados do modelo com ligações rígidas à
rotação bem próximos aos de um modelo considerando ligação flexível entre enrijecedor e
terça. As figuras 26 e 27 ilustram os resultados para ambos os casos mostrando a pequena
diferença.
Nessa seção, estão dispostos os modelos estruturais dos dois casos nas figuras 26 e
27, para a velocidade de 60 m/s (180 km/h). As comparações para as demais velocidades
estão dispostas no APÊNDICE A2.
Figura 26 – Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 60 m/s – Enrijecedores longos e duplos nas laterais - Ligações rotuladas.
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Figura 27 – Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 60 m/s – Enrijecedores longos e duplos nas laterais - Ligações rígidas.
As estruturas em mão-francesa foram consideradas rotuladas nos dois extremos,
como ilustrado na Figura 28.
Figura 28 – Modelo estrutural adotado.
Com o pórtico definido, a estrutura precisou ser repensada de uma forma a se
comportar da melhor maneira durante a incidência de ventos fortes.
40
DESENVOLVIMENTO DOS CÁLCULOS
Para o desenvolvimento dos cálculos da influência dos ventos em uma estrutura de
baixo custo é necessário amplo estudo sobre a norma correspondente à localidade de
implementação da edificação; no caso desse trabalho será o Brasil, mais especificamente a
região Sudeste. Sendo assim, será abordada a norma brasileira da Associação Brasileira de
Normas Técnicas (ABNT) NBR 6123/1988, que trata das forças devidas ao vento em
edificações.
Iniciando o cálculo do carregamento sobre uma estrutura, é necessário o
conhecimento das possíveis combinações de carregamentos que possam haver durante a
vida útil da mesma. Existem três tipos de cargas que são consideradas no cálculo de uma
estrutura: permanente, variável e acidental. A combinação dessas cargas será calculada
considerando uma ação de curta duração (vento em edificações), segundo a NBR 7190/1997,
para levar em conta uma maior resistência da estrutura de madeira. Para isso, na combinação
em que a força do vento for considerada principal, os seus valores serão minorados
multiplicando-os por um coeficiente de 0,75. A seguir, os três tipos de cargas serão explicados
e terão seus valores explicitados.
3.3.1 CARGA PERMANENTE
Por definição, as cargas permanentes são as que apresentam pequena variação
durante a vida útil da construção. Tida como a soma não só das contribuições dos pesos
próprios das peças que constituem a estrutura, mas também de toda a sobrecarga que
permanecerá ao longo da sua vida útil, a carga permanente, para ser calculada, necessita do
conhecimento prévio dos componentes que serão utilizados para constituir a estrutura. No
caso das residências de baixo custo, a carga a ser avaliada será a do telhado, que por sua
vez, possui toda sua estrutura construída em madeira e recebe o carregamento das telhas
durante toda sua vida útil.
Para o cálculo da carga em questão, primeiramente, o tipo de madeira precisa estar
definido. Após essa definição, será necessária a busca por valores das propriedades
mecânicas correspondentes da madeira pois, cada uma possui suas próprias resistências
características.
No presente caso, foi escolhida a madeira do tipo Pinus elliotti, por não ser tão
resistente, a ponto que seja difícil de encontrar madeira que possa substituí-la
estruturalmente, mas ao mesmo tempo, que seja forte o suficiente para possibilitar a
elaboração das estruturas das habitações de baixo custo. Para o projeto SHS, foi cogitada a
41
utilização da madeira do tipo Maçaranduba para os cálculos. Porém, por ser uma madeira de
grande resistência, os cálculos ficariam restritos a poucos tipos de madeira. A Pinus elliotti é
cerca de 50% inferior à Maçaranduba em todas as propriedades listadas na Tabela 5. A
adoção da Pinus para os cálculos, torna possível a escolha de uma maior variedade de tipos
de madeira mais resistentes para a construção.
Na NBR 7190/1997 foram coletadas as propriedades mecânicas, listadas na Tabela 5,
dos tipos de madeira citados:
Tabela 5 – Propriedades mecânicas da madeira Pinus elliotti e Maçaranduba (Adaptado da NBR 7190:1997).
Sendo a estrutura de suporte do telhado composta por três padrões de peças, deve-
se calcular o peso próprio de cada padrão e multiplicar pela quantidade existente para
encontrar o peso próprio total da estrutura do telhado. Nesse ponto, destaca-se que os caibros
e as ripas utilizados na estrutura configuram massa desprezível se comparados aos outros
esforços. Por esse motivo, foram desconsideradas dos cálculos.
Para o cálculo das telhas, foi considerada telha cerâmica do tipo Colonial: peso
unitário de 2,50 kg com rendimento de 24 peças/m² (Tabelas 6 e 7) (LAJOTEIRO, 2018).
Tabela 6 – Cálculo da massa das peças que compõe o telhado.
Nome comum Nome científicoρap (12%)
(kg/m³)
fc
(MPa)
ft
(MPa)
ftn
(MPa)
fv
(MPa)
Ec
(MPa)
Pinus Pinus Elliotti 560 40,4 66,0 2,5 7,4 11889
Maçaranduba Manilkara spp 1143 82,9 138,5 5,4 14,9 22733
Terça Peça de apoio Mão francesa Telha
Seção transversal (pol) 3" x 6" 3" x 6" 3" x 1 1/2" -
Comprimento da peça (cm) 338 40 30 -
Área da seção (cm²) 120 120 96 -
Volume da peça (cm³) 40560 4800 2880 -
Massa da peça (kg) 22,7 2,68 1,61 2,50
Número de peças (un) 1 2 4 -
Rendimento (peças/m²) - - - 24
Massa por área (kg/m²) - - - 60,0
Área do telhado (m²) - - - 5,21
Massa total (kg) 22,7 5,36 6,44 313
42
Tabela 7 – Cálculo da carga permanente da estrutura do telhado.
Nota-se que a contribuição das telhas será apenas considerada na combinação de
ações para o telhado íntegro, pois, quando o telhado se torna abertura dominante, as telhas
serão consideradas ausentes da estrutura. Por mais que ainda existam telhas remanescentes
que contribuem para a sobrecarga no pórtico adotado, a situação em que todas as telhas
voam foi considerada como crítica. Sendo assim, assumiu-se as duas situações críticas
(telhado com todas as telhas e telhado sem todas as telhas) por entendimento de que qualquer
outra situação estaria contemplada entre os valores dessas duas situações.
Vale ressaltar que nesse memorial de cálculo será considerado pórtico como sendo a
estrutura que é composta por paredes que figuram um corte transversal da residência.
3.3.2 CARGA VARIÁVEL
Ao contrário da permanente, a carga variável possui uma variação considerável
durante a vida da construção. Calculada através do dimensionamento da carga de utilização
da estrutura, que pode ser sobrecarga de automóveis sobre uma laje, móveis, pessoas, as
cargas variáveis não serão aplicadas constantemente sobre a estrutura durante toda sua vida
útil, porém terão seu tempo de aplicação perdurado o suficiente para não serem classificadas
como cargas acidentais.
Tendo como foco o telhado, a carga variável considerada será apenas de 1 kN/m², o
que representa, aproximadamente, uma pessoa com seu ferramental com massa acumulada
de 100 kg sobre um metro quadrado do telhado.
Destaca-se que a consideração da carga variável será feita somente nos casos em
que o telhado é considerado íntegro. Para os demais, a carga terá seu valor considerado
como nulo.
Telhado íntegroTelhado com abertura
dominante
Massa do telhado (kg) 347,1 34,6
Peso do telhado (kN) 3,41 0,339
Peso/área do telhado (kN/m²) 0,654 0,065
Distância entre pórticos (m) 1,400 1,400
Carga permanente (kN/m) 0,915 0,091
43
3.3.3 CARGA ACIDENTAL
As cargas acidentais, por sua vez, apresentam curta duração e baixa probabilidade de
ocorrência, quando comparada à vida útil da edificação.
As cargas dos esforços de ventos fortes são cargas acidentais de suma importância
numa edificação. Dependendo das dimensões, localização e até mesmo da quantidade de
aberturas numa edificação, as forças, oriundas da sobrecarga de vento, podem influenciar
bastante em todos cálculos que circundam a construção civil, desde a fundação até a
cobertura. Como se trata do objetivo deste trabalho, o cálculo dos ventos está explicitado em
um subcapítulo específico.
CÁLCULO DAS FORÇAS DEVIDAS AO VENTO PELA NBR 6123/1988
O cálculo da influência de vento no embrião tipo 2 do SHS (Solução Habitacional
Simples), terá como finalidade a verificação de dimensionamento das alvenarias, pelo menos,
à velocidade base considerada nos cálculos: 35 m/s (126 km/h).
Após a análise da estrutura para a velocidade base, posteriormente será analisada
para uma velocidade intermediária – 43 m/s (155 km/h) - com a finalidade de avaliar o
comportamento da estrutura até a velocidade máxima de projeto: 50 m/s (180 km/h).
Buscando explorar mais os produtos provenientes do material desenvolvido, buscou-
se extrapolar os cálculos para vento de 60 m/s (216 km/h) na estrutura, assumindo que seriam
ainda coerentes com a metodologia da NBR 6123/1988.
3.4.1 CÁLCULO DA Vk
Para esse estudo de caso, os fatores de correção foram tomados como 1,0 para S1,
0,81 para S2 e 1,0 para S3. As justificativas para os valores dos fatores adotados estão listadas
no item seguinte. Para o cálculo de Vk, utilizou-se a equação 6.
Vk = 1,0 ∙ 0,81 ∙ 1,0 ∙ V0 = 0,81 V0 (6)
Adotou-se quatro valores de velocidades básicas (V0) com o intuito de explorar
resultados estruturais do modelo proposto: 35 m/s, 43 m/s, 50 m/s e 60 m/s.
44
3.4.2 FATORES
3.4.2.1 FATOR S1
Para o presente trabalho, tendo como base o projeto SHS, resolveu-se utilizar o valor
unitário para o fator S1, de acordo com o item 2.4.3.
3.4.2.2 FATOR S2
Para o trabalho em questão, levando em consideração a tipologia de embrião 2,
edificação com altura (z) de 4 metros, o fator S2 será calculado com uma categoria de terreno
entre a III e a IV, visto que a cota média dos obstáculos seria a média de altura das residências
do SHS, que no caso, possuem a mesma altura da edificação considerada.
Para a classe, será adotada a Classe A, visto que a maior dimensão, tanto horizontal
como vertical, não excede 20 metros.
Tendo a situação intermediária entre as categorias III e IV e o conhecimento da Tabela
3 os valores das variáveis b e p serão calculados por uma proporção linear entre os valores
das categorias. Sendo assim, os valores de b e p adotados serão, respectivamente, 0,90 e
0,11. O valor de Fr é unitário, conforme categoria II da Classe A.
Logo, de acordo com a equação 3, o fator S2 a ser adotado para o presente trabalho
será de 0,81.
3.4.2.3 FATOR S3
Para o presente trabalho, o fator S3 terá seu valor igual a um, remetendo assim ao
grupo 2 da Tabela 4: “Edificações para hotéis e residências. [...]”
3.4.3 COEFICIENTES
3.4.3.1 COEFICIENTE DE FORMA – Ce
Para o caso em estudo, sabendo que h/b = 0,44 e como a/b = 1,18, os valores dos
coeficientes para as paredes estão ilustrados na Figura 29:
45
Figura 29 – Coeficientes de (Ce) das paredes.
A parte A3 e B3 foi interpolada linearmente.
No caso em estudo a cumeeira foi traçada ao longo da menor dimensão, tendo assim,
o curso d’água mais longo. Devido à essa disparidade para com a norma, para o cálculo da
influência do vento nos telhados, foi preciso adaptar os cálculos da NBR 6123/1988.
Todas as fórmulas e considerações que referenciam as dimensões a e b na norma,
tiveram que ter suas referências invertidas para o cálculo do telhado do caso em estudo, ou
seja, onde lê-se “a” na norma, para o caso em estudo lê-se “b” e vice-versa.
Detalhando mais sobre as considerações no telhado, na superfície ao longo do
telhado, pelo lado menor (vento a 0°), foi feita a divisão para as regiões de pressões similares:
EF, GH, I e J. Ainda nessa orientação do telhado, como para o caso em estudo houve essa
inversão de ventos a 0° e 90° da norma, foram considerados os coeficientes tabelados do
vento a 90° da norma, para o telhado a 0° do presente trabalho e vice-versa. Com relação ao
maior lado, foi dividido em regiões EG, FH e IJ.
Tendo h/a = 3/8 = 0,38 (h/b na NBR 6123), os coeficientes de forma do telhado foram
adotados a partir da norma e estão ilustrados na Figura 30.
Sabendo que b/a = 1,19, as partes I e J tiveram que ser interpoladas linearmente.
Nota-se que para os cálculos do telhado, as letras “a” e “b” estão invertidas, como
mencionado anteriormente, pelo fato do telhado do SHS possuir uma orientação diferente da
considerada na norma brasileira.
46
Figura 30 – Coeficientes de forma (Ce) do telhado.
3.4.3.2 COEFICIENTE DE PRESSÃO INTERNA – Cpi
Mesmo com portas e janelas fechadas, a tipologia do SHS foi considerada
permanentemente permeável nas faces que contém portas e janelas, conforme indicado pela
norma - item 2.4.8 do presente trabalho. Essa premissa, por parte do SHS, se deve ao fato
de que não se pode garantir a perfeita execução, e consequente impermeabilização, das
esquadrias devido à falta de mão de obra especializada.
Para o SHS, foram consideradas algumas situações que poderão ocorrer durante a
vida útil da construção. Baseado na norma NBR 6123/1988, as hipóteses que a edificação
estará sujeita são:
Duas faces opostas igualmente permeáveis, tendo as outras faces impermeáveis
(Figura 31):
o Cpi = +0,2, quando há a incidência de vento perpendicular a uma face
permeável, que seria a face frontal do embrião;
o Cpi = -0,3, quando há a incidência de vento perpendicular a uma face
impermeável, que seria a face lateral do embrião.
47
Figura 31 – Sobrepressão interna e sucção interna.
Abertura dominante em uma face e as outras com igual permeabilidade:
o Abertura dominante na face de sotavento:
Para essa hipótese, a norma NBR 6123 indica adotar o valor do coeficiente de forma
externo, ce, correspondente à esta face.
Visto que o vento a 0° não é um vento paralelo ao telhado, descarta-se as hipóteses
que adotam esse paralelismo como referência. O vento a 0° causa uma sobrepressão na face
de barlavento do telhado e uma sucção na face de sotavento do mesmo. Então, assumiu-se
que o telhado se tornaria uma abertura dominante primeiro na face de sotavento do telhado
na parte da zona de alta sucção externa, próximo à cumeeira.
Logo, para ventos a 0°, adotou-se o mesmo valor de coeficiente da face de sotavento
do telhado (parte EH, de acordo com a nomenclatura da norma) com cpi = -0,2.
o Abertura dominante situada em uma face paralela ao vento:
Abertura dominante situada em zona de alta sucção externa:
Para o vento de 90°, entende-se que o telhado, considerado como abertura dominante
devido à zona de alta sucção externa, é uma face paralela ao vento. Por esse motivo, o vento
a 90° foi enquadrado na situação de abertura dominante em uma face paralela ao vento,
sendo essa abertura situada, também, em zona de alta sucção externa.
Lembrando que para o telhado do SHS, o lado b é o de deságue das águas do telhado,
sendo assim, será o utilizado para o cálculo da área dominante. A largura y da abertura
dominante possui o critério de menor valor entre h, distância do terreno até o beiral do telhado,
e 0,15a, onde a é o comprimento longitudinal do telhado.
y = menor (h; 0,15a) = menor (3; 0,15 × 8) = 1,20
Logo, através da equação 5, tem-se:
Aad = 6,75 × 1,20 = 8,10 m2
48
Para a soma das outras aberturas situadas em faces submetidas à sucção externa,
tem-se o somatório de todas as aberturas situadas à sotavento do vento a 0°, com valores
indicados na Figura 32:
Figura 32 – Dimensões das áreas submetidas à sucção externa.
𝐀𝐚𝐬𝐞 = (𝟎, 𝟖𝟎 × 𝟐, 𝟏𝟎) + (𝟏, 𝟎𝟎 × 𝟏, 𝟐𝟎) × 𝟐 + (𝟏, 𝟎𝟎 × 𝟎, 𝟔𝟎) + (𝟎, 𝟓𝟎 × 𝟎, 𝟗𝟎)
Aase = 5,13 m2
Então, tem-se: 𝐀𝐚𝐝
𝐀𝐚𝐬𝐞= 𝟏, 𝟓𝟖
Pelo item 6.2.5 da NBR 6123/1988, letra c) – “abertura dominante situada em zona de
alta sucção externa.” -, linearmente proporcional, o cpi deverá ser considerado igual a -0,8.
A compilação de todos os coeficientes de forma externos e de pressão internos
encontra-se no APÊNDICE A4.
AUTOMATIZAÇÃO DOS CÁLCULOS
Foi desenvolvida uma planilha eletrônica em Excel para automatização de todos os
cálculos das cargas distribuídas causadas pela ação dos ventos. Dessa forma, a influência do
vento na residência tornou-se didaticamente visual. As figuras 33 e 34 ilustram a planilha que
fornece as cargas distribuídas nas paredes e nos telhados.
49
Figura 33 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 35 m/s [kN/m] – 0° - Telhado íntegro.
Figura 34 – Cargas de vento distribuídas para V0 = 35 m/s [kN/m] – 90° - Telhado íntegro.
Assim, puderam ser calculadas as combinações das cargas no telhado a partir: 1) das
cargas de vento; 2) peso próprio do madeiramento do telhado; 3) peso próprio das telhas; 4)
da carga variável. As combinações foram baseadas na NBR 7190/1997 e estão explicitadas
como C1, C2 e C3.
50
Fd = Σγgi ∙ Gi + Σγq1 ∙ Q1 + Σγqj ∙ Ψ0j ∙ Qj (7)
Tomando a carga variável como principal, temos a combinação C1:
C1 = 1,4 ∙ G + 1,4 ∙ Q + 1,4 ∙ 0,5 ∙ V1
Para a combinação C2, considerou-se a carga de vento como ação principal. Conforme
preconiza a norma NBR 7190/1997, a ação do vento – em seu valor característico – é
considerada como carga de curta duração e, portanto, reduzida pelo fator 0,75 para
consideração de sobrecarga na madeira.
C2 = 1,4 ∙ G + 0,75 ∙ 1,4 ∙ V1 + 1,4 ∙ 0,4 ∙ Q
A combinação C3 foi obtida considerando o vento de sucção; por ser favorável à
resistência, a carga permanente foi minorada pelo coeficiente 0.9.
C3 = 0,9 ∙ G + 0,75 ∙ 1,4 ∙ V2
Os valores calculados para cada situação – configurações do telhado e velocidades
de estudo - estão dispostos nas Tabelas 8 e 9:
Tabela 8 – Combinações de cargas considerando estrutura antiga6.
6 Assume-se estrutura antiga como sendo a estrutura inicial do projeto SHS. Estrutura que não conta com o uso das mãos-francesas.
0º 90º 0º 90º
C1 [kN/m] 2,55 2,46 0,08 0,17
C2 [kN/m] 1,66 1,53 0,08 0,22
C3 [kN/m] 0,40 0,33 -0,21 -0,41
35 m/s
ESTRUTURA ANTIGA
Telhado íntegroTelhado com abertura
dominante
51
Tabela 9 – Combinações de cargas considerando estrutura nova7.
Reitera-se que a maior velocidade de projeto no Brasil de acordo com a norma NBR
6123/1988 vigente é de 50 m/s (180 km/h). Porém, como explicitado no item 1.4., foi avaliado
o comportamento da estrutura para velocidades superiores a essa. Para essa análise, utilizou-
se a mesma metodologia da NBR 6123/1988.
Como demonstrado, as ações serão responsáveis por três esforços combinados: C1,
C2, C3. A estrutura do telhado será dimensionada para os esforços de maior intensidade (maior
entre C1 e C2; C3). Essas sobrecargas, juntamente às cargas distribuídas nas paredes,
calculadas conforme este item, foram inseridas no programa de cálculo estrutural Ftool e
resultaram nas reações de apoio da estrutura.
Destaca-se que foram considerados os piores momentos fletores aos quais a estrutura
está submetida, como exemplo a Figura 35. A partir de análises, constatou-se que esses
momentos (M1, M2 e M3, mostrados da Figura 37) estão nas ligações das alvenarias com as
fundações e, portanto, só esses serão considerados nas próximas seções.
7 Estrutura nova é a estrutura onde consta a utilização do sistema de mãos-francesas; estrutura adotada.
0º 90º 0º 90º
C1 [kN/m] 2,59 2,50 0,13 0,22
C2 [kN/m] 1,70 1,57 0,13 0,26
C3 [kN/m] 0,42 0,36 -0,18 -0,38
C1 [kN/m] - - - 0,26
C2 [kN/m] - - - 0,33
C3 [kN/m] - - - -0,62
C1 [kN/m] - - - 0,30
C2 [kN/m] - - - 0,39
C3 [kN/m] - - - -0,86
C1 [kN/m] - - - 0,39
C2 [kN/m] - - - 0,52
C3 [kN/m] - - - -1,28
ESTRUTURA NOVA
50 m/s
60 m/s
Telhado íntegroTelhado com abertura
dominante
35 m/s
43 m/s
52
Figura 35 – Comparação dos momentos fletores nas fundações com os demais momentos
da estrutura – Velocidade de 60 m/s.
Conhecidos todos os esforços a serem resistidos pela estrutura, a etapa subsequente
se dedica a estudar a resistência da alvenaria a eles. Para isso, foi utilizada a planilha
desenvolvida por Di Gregorio e Tenório (2018), baseada nas normas BS 5628-1 e 2 - que já
prescreveu após a sua unificação com o Eurocode. Entretanto, considerou-se que seu
histórico de sucesso era suficiente para analisar a edificação em questão, e sua similaridade
com a norma brasileira de bloco de concreto - NBR 10837/1989 - facilitou a comparação entre
ambas. Através dessa planilha é possível avaliar como cada parede de alvenaria trabalha de
acordo com os esforços as quais são submetidas, obtendo como resposta os resultados das
verificações de cálculo segundo os itens da norma dessas paredes quando recebendo a
sobrecarga. Para isso, deve-se alimentar a planilha com as reações de apoio da estrutura -
obtidas através do Ftool, as pressões - obtidas no início deste tópico - e as dimensões
geométricas dos enrijecedores, que serão variadas ao longo deste estudo.
ANÁLISES DA ESTRUTURA
Seguindo a metodologia descrita, foram analisados os comportamentos das alvenarias
submetidas a situações variadas: 1) diferentes velocidades de vento; 2) diferentes ângulos de
incidência no pórtico (0° e 90°); 3) diferentes efeitos da carga de vento (sobrepressão e
sucção); 4) diferentes configurações estruturais. Sabe-se que, ao aumentar a magnitude dos
53
esforços, a tendência é que a estrutura se demonstre cada vez menos adequada, abrindo
espaço para soluções construtivas que visam adaptar a edificação a esses esforços.
Os modelos estruturais foram analisados a partir do software Ftool e, a fim de melhor
leitura do trabalho, todos os pórticos desenvolvidos estão dispostos no APÊNDICE A5 deste
documento. A resistência das paredes da edificação - a cada um dos esforços analisados -
será indicada nas tabelas ao longo desse capítulo. Para isso, as paredes foram nomeadas
como na Figura 36 e as reações de apoios, como na Figura 37.
De acordo com a planilha de alvenaria – desenvolvida por Di Gregorio e Tenório (2018)
– as paredes foram submetidas às diversas verificações de resistência de acordo com as
normas inglesas BS 5628-1 e 2:
1. Verificação do momento resistente para ALVENARIA ARMADA, flexão pura paralela
às juntas - BS 5628-1 item 8.2.4;
2. Verificação de momento resistente de cálculo para ALVENARIA ARMADA, flexão
perpendicular às juntas (no plano da parede) - BS 5628-1 item 8.2.4;
3. Verificação à flexão oblíqua - BS 5628-2 item 8.3.3;
4. Verificação da carga vertical resistente na flexocompressão (ALVENARIA ARMADA);
5. Verificação de carga vertical na compressão, ALVENARIA NÃO ARMADA - BS 5628-
1, item 28;
6. Verificação de tensão vertical na flexocompressão no plano da parede, ALVENARIA
NÃO ARMADA - BS 5628-1, item 28;
7. Verificação de tensões verticais sob cargas concentradas - BS 5628-1, item 30;
8. Verificação cisalhamento horizontal (paralelo e perpendicular às juntas), ALVENARIA
NÃO ARMADA - BS 5628-1, item 29;
9. Verificação cisalhamento horizontal (paralelo e perpendicular às juntas) com seção
toda comprimida, ALVENARIA ARMADA;
10. Verificação cisalhamento horizontal (paralelo e perpendicular às juntas) na flexão,
ALVENARIA ARMADA.
54
Figura 36 – Nomenclatura das paredes da edificação (Di Gregorio et al., 2018).
Figura 37 – Nomenclatura das reações de apoio da edificação.
55
3.6.1 VENTOS DE VELOCIDADE DE 35 m/s (126 km/h)
O estudo desses cenários foi iniciado submetendo a edificação à velocidade de vento
mínima estudada nesse trabalho: 35 m/s. A princípio, foi testada a estrutura inicial – uma viga
de madeira apoiada nas paredes estruturando o telhado. Nessa configuração não se pode
garantir a rigidez da ligação entre a terça e as paredes e, portanto, o modelo estrutural adotado
contempla ligações rotuladas nesses pontos.
De acordo com a escala Enhanced Fujita, não se pode afirmar a integridade do telhado
na faixa de velocidade de 29 m/s a 37 m/s (104 km/h a 133 km/h), pois algumas telhas podem
ter sido removidas. Então, para comprovar a situação do telhado para a primeira velocidade
considerada – 35 m/s – fez-se o cálculo de comparação do peso das telhas por metro
quadrado com a pressão de sucção, somada à sobrepressão interna no caso de telhado
íntegro, para verificar a integridade das telhas. A Figura 38 ilustra a comparação descrita.
Peso das telhas m2⁄ = n° de telhas m2⁄ × peso unitário da telha
Peso das telhas m2⁄ = 24 × 2,50 kg = 60 kg m2⁄ = 588,6 N/m² (8)
Pressão de sucção no telhado = (Cpemédio − Cpi) × q × cosθ
Onde:
i. cpemédio = coeficiente de pressão externo médio – valor adotado em regiões
de alta sucção externa. Foi adotado (-1,15) levando em conta a tabela 5 da
NBR 6123/1988, sabendo que o ângulo do telhado é de 25°;
ii. cpi = coeficiente de pressão interna. Foi adotado (+0,2), de acordo com o item
6.2.5 da NBR 6123/1988, assumindo esse como o pior caso na configuração
de sucção no telhado;
iii. q = pressão dinâmica [N/m²];
iv. θ = ângulo de inclinação do telhado.
56
Figura 38 – Pressões externas e internas nas zonas de alta sucção do telhado.
Pressão de sucção no telhado = (−1,15 − 0,2) × [(0,613) × Vk2] × cos (25°)
Pressão de sucção no telhado [N m2⁄ ] = 0,492 × V02 (9)
Logo, igualando as equações (8) e (9) tem-se que a velocidade que as telhas estão na
iminência de voar é de 34,6 m/s. Então, como a primeira velocidade de estudo deste trabalho
- 35 m/s - e a velocidade que as telhas voam é aproximadamente a mesma, considerou-se
ambas as situações – telhado íntegro e telhado como abertura dominante, a fim de se
conhecer o comportamento da estrutura na transição entre esses cenários.
As Figuras 39 e 40 representam alguns dos diagramas de momentos fletores obtidos
nessa etapa. Os demais diagramas estão dispostos na APÊNDICE A5 para facilitar a leitura
do documento.
57
Figura 39 - Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Telhado íntegro - Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão.
Figura 40 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Telhado íntegro - Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sucção.
58
Tabela 10 – Reações de apoio para telhado íntegro – 35 m/s.
Tabela 11 – Reações de apoio para telhado como abertura dominante – 35 m/s.
Como constatado nas tabelas 10 e 11, o ângulo de incidência de 90° é o pior caso na
maioria dos esforços. Dessa forma, o ângulo de 0° foi suprimido e todas as análises
subsequentes foram realizadas considerando apenas o ângulo de 90°.
Foram realizadas as análises e concluiu-se que a estrutura antiga resiste aos esforços
de ventos de 35 m/s (126 km/h), desde que o telhado se mantenha íntegro. Quando passa a
ser abertura dominante, algumas paredes não resistem aos esforços – como relacionado na
Tabela 12 - de acordo com as verificações listadas no início dessa seção.
Sobrepressão Sucção
0° 90° 0° 90° Pior caso Pior caso
M1 [kN.m] -1,10 2,70 -1,10 2,70 90° 90°
H1 [kN] 1,60 -2,00 1,60 -2,00 90° 90°
V1 [kN] 4,30 4,20 0,70 0,60 90° 90°
M2 [kN.m] 0,00 1,60 0,00 1,60 90° 90°
H2 [kN] 0,00 -0,40 0,00 -0,40 90° 90°
V2 [kN] 8,60 8,30 1,40 1,10 90° 90°
M3 [kN.m] 1,10 2,10 1,10 2,10 90° 90°
H3 [kN] -1,60 -1,10 -1,60 -1,10 0° 0°
V3 [kN] 4,30 4,10 0,70 0,60 90° 90°
35 m/s
TELHADO ÍNTEGRO
Sobrepressão Sucção
Sobrepressão Sucção
0° 90° 0° 90° Pior caso Pior caso
M1 [kN.m] -0,90 3,80 -0,90 3,80 90° 90°
H1 [kN] 1,30 -2,90 1,30 -2,90 90° 90°
V1 [kN] 0,20 0,40 -0,40 -0,70 0° 90°
M2 [kN.m] 0,00 2,20 0,00 2,20 90° 90°
H2 [kN] 0,00 -0,60 0,00 -0,60 90° 90°
V2 [kN] 0,30 0,80 -0,70 -1,40 0° 90°
M3 [kN.m] 0,90 2,60 0,90 2,60 90° 90°
H3 [kN] -1,30 -1,20 -1,30 -1,20 0° 0°
V3 [kN] 0,20 0,40 -0,40 -0,70 0° 90°
35 m/s
Sobrepressão Sucção
TELHADO COMO ABERTURA DOMINANTE
59
Tabela 12 – Verificação das paredes críticas; tipos de falhas da estrutura – 35 m/s; estrutura
antiga (Di Gregorio et al, 2018).
Foi sugerida, então, a nova estrutura para o telhado, mais enrijecida nas extremidades.
Por isso, como justificado na seção 3.1., o novo modelo estrutural foi adotado com ligações
rígidas entre as terças e as alvenarias. Essa estrutura também foi analisada para as situações
de telhado íntegro e de telhado como abertura dominante, ambas com ângulo de incidência
do vento de 90°. Os resultados encontram-se na tabela 13.
Tabela 13 – Reações de apoio considerando vento de 35 m/s a 90°.
Com essa configuração, todas as paredes da estrutura resistem aos esforços de
ventos de 35 m/s (126 km/h), mesmo quando o telhado se torna abertura dominante (Tabela
14). Por isso, a estrutura nova foi adotada para as análises das próximas velocidades.
Paredes analisadas Telhado íntegro Telhado como abertura dominante
OK
Reprovado na verificação do momento resistente para
ALVENARIA ARMADA, flexão pura paralela às juntas - BS 5628-
1 item 8.2.4
OKReprovado na verificação à flexão oblíqua - BS 5628-2 item
8.3.3
Demais paredes OK OK
35 m/s - Estrutura antiga
P14, P16, P18, P20
Telhado íntegroTelhado como
abertura dominanteTelhado íntegro
Telhado como
abertura dominante
M1 [kN.m] 2,10 2,10 2,00 2,10
H1 [kN] -2,40 -2,50 -2,40 -2,40
V1 [kN] 0,20 -0,60 2,80 0,10
M2 [kN.m] 1,40 1,40 1,40 1,40
H2 [kN] -1,00 -1,00 -1,00 -1,00
V2 [kN] 0,90 -2,40 10,30 0,50
M3 [kN.m] 1,60 1,60 1,60 1,60
H3 [kN] -1,40 -1,30 -1,40 -1,40
V3 [kN] 1,30 0,40 3,80 1,20
ESTRUTURA NOVA
Sobrepressão (90°)Sucção (90°)
35 m/s
60
Tabela 14 – Verificação das paredes críticas – 35 m/s; estrutura nova (Di Gregorio et al, 2018).
3.6.2 VENTOS DE VELOCIDADE DE 43 m/s (155 km/h)
Finalizadas as análises à velocidade inicial, passou-se à velocidade de 43 m/s. A partir
desse valor, como calculado no item 3.6.1., o telhado não tem condições de se manter íntegro
e, portanto, foi considerada somente a situação de telhado como abertura dominante. Como
verificado na primeira análise, o ângulo estudado também se limitou a 90°. Com a nova
velocidade, as cargas distribuídas são diferentes e, consequentemente, as combinações
também, dando origem a novas reações de apoio (Tabela 15) quando lançada a estrutura no
Ftool.
Tabela 15 – Reações de apoio considerando vento de 43 m/s a 90°.
Os novos valores foram inseridos na planilha de alvenaria e constatou-se que a parede
P17 não seria capaz de resistir aos esforços de vento de 43 m/s e colapsaria em algumas das
verificações listadas no início da seção, como na Tabela 16. Como essa parede não é
componente de nenhum dos pórticos, pode-se solucionar essa questão sem necessariamente
Paredes analisadas Telhado íntegroTelhado como abertura
dominante
Todas as paredes OK OK
35 m/s - Estrutura nova
Sobrepressão (90°) Sucção (90°)
M1 [kN.m] 3,20 3,20
H1 [kN] -3,70 -3,70
V1 [kN] 0,10 -1,00
M2 [kN.m] 2,10 2,10
H2 [kN] -1,40 -1,40
V2 [kN] 0,50 -3,70
M3 [kN.m] 2,40 2,40
H3 [kN] -2,10 -2,00
V3 [kN] 1,70 0,60
ESTRUTURA NOVA
Telhado como abertura dominante
43 m/s
61
trocar o modelo estrutural. Para isso, recomenda-se adicionar armadura a todos os furos da
parede P17, obtendo-se uma parede armada e garantindo a resistência da alvenaria como
um todo.
Tabela 16 – Verificação das paredes críticas; tipos de falhas da estrutura – 43 m/s (Di
Gregorio et al, 2018).
3.6.3 VENTOS DE VELOCIDADE DE 50 m/s (180 km/h)
Foram realizadas análises também para a maior velocidade registrada em solo
brasileiro até a data de publicação da NBR 6123: 50 m/s (180 km/h). Como a estrutura
aprimorada (parede P17 armada) resistiu aos esforços do vento de 43 m/s (155 km/h), avaliou-
se para o vento de 50 m/s a mesma configuração. Os valores das reações de apoio estão
listados na Tabela 17.
Tabela 17 - Reações de apoio considerando vento de 50 m/s a 90°.
Paredes analisadas Telhado como abertura dominante
Reprovado na verificação do momento resistente para ALVENARIA
ARMADA, flexão pura paralela às juntas - BS 5628-1 item 8.2.4
Reprovado na verificação à flexão oblíqua - BS 5628-2 item 8.3.3
Demais paredes OK
P17
43 m/s - Estrutura nova
Sobrepressão (90°) Sucção (90°)
M1 [kN.m] 4,30 4,30
H1 [kN] -5,00 -5,10
V1 [kN] 0,10 -1,40
M2 [kN.m] 2,80 2,80
H2 [kN] -2,00 -2,00
V2 [kN] 0,30 -5,20
M3 [kN.m] 3,20 3,20
H3 [kN] -2,80 -2,70
V3 [kN] 2,20 0,80
ESTRUTURA NOVA
Telhado como abertura dominante
50 m/s
62
Porém, como constatado na Tabela 18, mesmo com a parede P17 armada, a estrutura
não resistiu aos esforços de ventos de 50 m/s.
Tabela 18 – Verificação das paredes críticas; tipos de falhas da estrutura – 50 m/s (Di Gregorio et al, 2018).
Como as paredes P2, P6, P14, P16, P18 e P20 fazem parte da estrutura dos pórticos,
armá-las pode não ser a melhor solução. Assim, para adaptação a esses esforços, foram
sugeridos aprimoramentos construtivos que reforcem a estrutura da alvenaria. O primeiro
deles é a utilização de enrijecedores longos, ou seja, a substituição dos enrijecedores já
utilizados (Figura 41) por peças alongadas em mais um furo, como ilustrado na Figura 42.
Figura 41 – Arranjo de enrijecedores já utilizados no modelo de pórtico padrão.
Paredes analisadas Telhado como abertura dominante
P2, P6 Reprovado na verificação à flexão oblíqua - BS 5628-2 item 8.3.3
Reprovado na verificação de momento resistente de cálculo para
ALVENARIA ARMADA, flexão perpendicular às juntas (no plano da parede) -
BS 5628-1 item 8.2.4
Reprovado na verificação à flexão oblíqua - BS 5628-2 item 8.3.3
Reprovado na verificação do momento resistente para ALVENARIA
ARMADA, flexão pura paralela às juntas - BS 5628-1 item 8.2.4
Reprovado na verificação à flexão oblíqua - BS 5628-2 item 8.3.3
P23 Reprovado na verificação à flexão oblíqua - BS 5628-2 item 8.3.3
Demais paredes OK
P11
P14, P15, P16, P18, P20
50 m/s - Estrutura nova
63
Figura 42 – Arranjo de enrijecedores longos nos pórticos.
Os valores das reações de apoio obtidos a partir da nova configuração estão dispostos
na Tabela 19.
Tabela 19 - Reações de apoio considerando aprimoramentos construtivos - vento de 50 m/s a 90°.
Como pode-se observar na Tabela 20, o aprimoramento construtivo soluciona as
paredes dos pórticos, porém as demais ainda não são resistentes. Por isso, sugere-se armar
as paredes P11, P15 e P23, adicionando armaduras ao longo de todo seu comprimento. Com
isso, a alvenaria se torna resistente aos esforços de ventos de 50 m/s (180 km/h).
Sobrepressão (90°) Sucção (90°)
M1 [kN.m] 4,40 4,40
H1 [kN] -5,10 -5,10
V1 [kN] 0,10 -1,40
M2 [kN.m] 2,80 2,80
H2 [kN] -1,90 -1,90
V2 [kN] -0,30 -5,20
M3 [kN.m] 3,20 3,10
H3 [kN] -2,80 -2,70
V3 [kN] 2,20 0,70
ESTRUTURA NOVA - ENRIJECEDORES LONGOS
Telhado como abertura dominante
50 m/s
64
Tabela 20 - Verificação das paredes críticas; tipos de falhas da estrutura – 50 m/s;
enrijecedores longos (Di Gregorio et al, 2018).
3.6.4 VENTOS DE VELOCIDADE DE 60 m/s (216 km/h)
Finalmente, a estrutura foi analisada para esforços de vento com velocidade de 60
m/s. Como justificado anteriormente, a metodologia de cálculo adotada foi a mesma que para
outras velocidades. Como a estrutura adaptada proposta já se demonstrou apta a resistir aos
esforços de ventos de 50 m/s (180 km/h), o objetivo dessa análise é explorar o comportamento
da edificação para a categoria 4 da escala Saffir-Simpsom e classe 3 da escala Enhanced
Fujita. Os resultados estão apresentados na Tabela 21.
Paredes analisadas Telhado como abertura dominante
Reprovado na verificação de momento resistente de cálculo para
ALVENARIA ARMADA, flexão perpendicular às juntas (no plano da parede) -
BS 5628-1 item 8.2.4
Reprovado na verificação à flexão oblíqua - BS 5628-2 item 8.3.3
Reprovado na verificação do momento resistente para ALVENARIA
ARMADA, flexão pura paralela às juntas - BS 5628-1 item 8.2.4
Reprovado na verificação à flexão oblíqua - BS 5628-2 item 8.3.3
P23 Reprovado na verificação à flexão oblíqua - BS 5628-2 item 8.3.3
Demais paredes OK
50 m/s - Estrutura nova - Enrijecedores longos
P11
P15
65
Tabela 21 - Reações de apoio considerando vento de 60 m/s a 90°; enrijecedores longos.
Mesmo com a adoção dos enrijecedores longos e considerando armadas as paredes
P17, P11, P15 e P23, a estrutura ainda não se demonstra resistente aos esforços de ventos
dessa velocidade, como pode-se verificar na Tabela 22.
Tabela 22 - Verificação das paredes críticas; tipos de falhas da estrutura – 60 m/s.
enrijecedores longos (Di Gregorio et al, 2018).
Dado que todas as paredes incapazes de resistir aos esforços solicitantes são paredes
de pórticos, foi adotado mais um aprimoramento construtivo para reforçar a estrutura: a
duplicação dos enrijecedores – já adotados como longos – nas paredes laterais da residência
(Figura 43).
Sobrepressão (90°) Sucção (90°)
M1 [kN.m] 6,30 6,40
H1 [kN] -7,30 -7,40
V1 [kN] 0,10 -2,10
M2 [kN.m] 4,00 4,00
H2 [kN] -2,80 -2,80
V2 [kN] 0,30 -7,60
M3 [kN.m] 4,60 4,50
H3 [kN] -4,00 -3,90
V3 [kN] 3,20 1,00
ESTRUTURA NOVA - ENRIJECEDORES LONGOS
Telhado como abertura dominante
60 m/s
Paredes analisadas Telhado como abertura dominante
Reprovado na verificação do momento resistente para ALVENARIA
ARMADA, flexão pura paralela às juntas - BS 5628-1 item 8.2.4
Reprovado na verificação à flexão oblíqua - BS 5628-2 item 8.3.3
Demais paredes OK
P14, P16, P18, P20
60 m/s - Estrutura nova - Enrijecedores longos
66
Figura 43 – Arranjo de enrijecedores longos e duplos nas paredes laterais dos pórticos.
As reações de apoio obtidas com a nova configuração estrutural estão dispostas na
Tabela 23.
Tabela 23 - Reações de apoio considerando vento de 60 m/s a 90°; enrijecedores longos e
duplos nas laterais.
Tabela 24 - Verificação das paredes críticas; tipos de falhas da estrutura - 60 m/s;
enrijecedores longos e duplos nas laterais (Di Gregorio et al, 2018).
Assim, com todos os aprimoramentos construtivos adotados e analisados, a estrutura
final se prova resistente aos esforços de ventos de 50 m/s (180 km/h) e indica-se que resiste
também aos esforços de ventos de 60 m/s (216 km/h), como ilustrado na Tabela 24. Em
resumo, esses aprimoramentos são:
Sobrepressão (90°) Sucção (90°)
M1 [kN.m] 6,80 7,00
H1 [kN] -7,60 -7,80
V1 [kN] 0,10 -2,20
M2 [kN.m] 3,10 3,10
H2 [kN] -2,20 -2,20
V2 [kN] 0,30 -7,40
M3 [kN.m] 5,10 4,90
H3 [kN] -4,30 -4,10
V3 [kN] 3,10 0,90
ESTRUTURA NOVA - ENRIJECEDORES LONGOS E
DUPLOS NAS LATERAIS
Telhado como abertura dominante
60 m/s
Paredes analisadas Telhado como abertura dominante
Todas as paredes OK
60 m/s - Estrutura nova - Enrijecedores longos e duplos nas laterais
67
Estrutura nova, com sistema de mãos-francesas;
Armação da parede P17;
Utilização de enrijecedores longos nas paredes dos pórticos;
Armação das paredes P11, P15 e P23;
Utilização de enrijecedores longos e duplos nas paredes laterais dos pórticos.
Na tabela 25 estão descritas todas as situações imaginadas para a realidade da
residência do projeto SHS, as quais foram utilizadas para gerar os pórticos com o auxílio do
programa Ftool.
Tabela 25 – Resumo das modelagens estruturais analisadas com seus respectivos aprimoramentos.
A Figura 44 representa, em planta, o mapeamento final do grauteamento e adição de
novos tijolos na estrutura após todos os aprimoramentos propostos.
Veloc.Âng. de
incid.Telhado Esforço Estrutura Armação P17
Enrijecedor
longo
Armação P11,
P15, P23
Enrijecedor
longo e duplo
nas laterais
Passa?
35 m/s 0° Íntegro Sobrepressão Antiga SIM
35 m/s 0° Íntegro Sucção Antiga SIM
35 m/s 90° Íntegro Sobrepressão Antiga SIM
35 m/s 90° Íntegro Sucção Antiga SIM
35 m/s 0° Abertura dominante Sobrepressão Antiga NÃO
35 m/s 0° Abertura dominante Sucção Antiga NÃO
35 m/s 90° Abertura dominante Sobrepressão Antiga NÃO
35 m/s 90° Abertura dominante Sucção Antiga NÃO
35 m/s 90° Íntegro Sobrepressão Nova SIM
35 m/s 90° Íntegro Sucção Nova SIM
35 m/s 90° Abertura dominante Sobrepressão Nova SIM
35 m/s 90° Abertura dominante Sucção Nova SIM
43 m/s 90° Abertura dominante Sobrepressão Nova x SIM
43 m/s 90° Abertura dominante Sucção Nova x SIM
50 m/s 90° Abertura dominante Sobrepressão Nova x NÃO
50 m/s 90° Abertura dominante Sucção Nova x NÃO
50 m/s 90° Abertura dominante Sobrepressão Nova x x x SIM
50 m/s 90° Abertura dominante Sucção Nova x x x SIM
60 m/s 90° Abertura dominante Sobrepressão Nova x x x NÃO
60 m/s 90° Abertura dominante Sucção Nova x x x NÃO
60 m/s 90° Abertura dominante Sobrepressão Nova x x x x SIM
60 m/s 90° Abertura dominante Sucção Nova x x x x SIM
68
Figura 44 – Layout final da estrutura após todos aprimoramentos.
69
4 BOAS PRÁTICAS CONSTRUTIVAS
Dedicou-se um capítulo deste trabalho aos diferentes detalhes construtivos utilizados
para situações de desastres naturais - especificamente de ventos fortes, que aparecem nas
literaturas brasileiras e estrangeiras.
Juntamente com os modelos construtivos, foram sugeridas soluções para a estrutura
do projeto SHS em que algumas visam o acréscimo de resistência para as situações que a
mesma enfrentará. Ressalta-se que alguns dos detalhes construtivos para o projeto SHS
foram sugeridos pelo autor desse trabalho e seu orientador. Não se tem comprovação
numérica, portanto, do desempenho desses detalhes. Alguns desses detalhes estão listados
a seguir:
a) Fixação dos elementos na estrutura do telhado;
b) Fixação da estrutura do telhado na alvenaria;
c) Fixação das telhas;
d) Fixação da estrutura nas fundações;
e) Execução das fundações;
f) Janelas e portas;
g) Construção de abrigos – shelters;
h) Sistema ICF – Insulated Concrete Forms.
i) Construção sobre pilotis
FIXAÇÃO DOS ELEMENTOS NA ESTRUTURA DO TELHADO
A correta fixação dos elementos da cobertura (telhas, caibros e ripas) é importante
para evitar o destelhamento precoce do telhado. Uma abertura no plano das telhas
proporciona a ocorrência de abertura dominante e, consequentemente, o aumento das
pressões dinâmicas na casa.
Além de influenciar nos cálculos, o destelhamento causa um aumento da
vulnerabilidade dos habitantes da residência. O telhado íntegro atua também como proteção
à objetos externos lançados pelo vento, evitando parte dos acidentes causados por eles.
Para suprir tal necessidade adota-se a fixação dos elementos através de parafusos
e/ou pregos longos nervurados sob pressão, ao invés de encaixes, como ocorre nas telhas
de cerâmica e nos usos de cavilhas. Por esse motivo, considerando uma correta execução do
telhamento, as telhas de chapa galvanizada ou alumínio são as mais indicadas para melhor
resistência ao vento forte.
70
Vale ressaltar, que a telha de fibrocimento não é indicada - por mais que fixada com
parafusos - pois a mesma é frágil para suportar impactos de objetos lançados pelo vento.
Já o sistema de conexão por cavilhas pode vir a ser seguro com a utilização de pregos
nervurados (Figura 45), ou ainda parafusos com porcas e arruelas, atravessados
transversalmente a elas impedindo, assim, que as mesmas soltem devido às movimentações
da estrutura.
Figura 45 – Utilização de pregos nervurados na ponta das cavilhas.
FIXAÇÃO DA ESTRUTURA DO TELHADO NA ALVENARIA
A correta fixação de elementos da cobertura em sua estrutura não se basta caso a
estrutura do telhado não seja corretamente ancorada na alvenaria de apoio. Portanto, para se
garantir que uma edificação resista aos ventos fortes deve-se focar primeiramente em suas
ligações. Ligações propícias e corretamente executadas poderiam ter evitados acidentes na
história de destruição dos ventos fortes, como citado no item 2.2 deste trabalho.
Um detalhe construtivo, sugerido no SHS, que poderá auxiliar na resistência aos
ventos fortes, é a ligação rígida de parte da estrutura do telhado na alvenaria. Para criar uma
maior aderência, a extremidade do madeiramento - que será ancorada - poderá ser
atravessada por barras de aço (que podem ser as mesmas usadas para reforço da alvernaria)
inseridas de forma justa (sem folgas) e concretada junto à estrutura das paredes (Figura 46).
Pretende-se que, com isso, o telhado e as paredes desloquem juntos, permitindo que os
esforços da cobertura sejam transmitidos para a alvenaria de forma mais eficiente.
71
Figura 46 – Barras de aço atravessando a terça e enchimentos de grout.
FIXAÇÃO DAS TELHAS
A correta fixação de elementos na estrutura do telhado, e essa nas alvenarias, pode
não ser garantida quando não se tem recursos. Construir uma estrutura considerando que a
ancoragem realizada entre seus elementos, sejam estruturais ou não, é suficiente para todos
os esforços pode levar a residência à ruína.
Quando telhados são submetidos aos ventos de sucção, principalmente as paredes
tendem a resistir à uma força de tração do madeiramento, ou de outra estrutura de telhado.
Caso não haja a correta fixação, esse telhado poderá ser arrancado de sua estrutura e ser
levado a metros, e até quilômetros, de distância.
Em casos de não garantida a correta fixação de todos os elementos da estrutura do
telhado de uma residência é indicada a execução de aberturas permanentes no telhado, como
por exemplo, lanternins abertos (Figura 47) e telhas com ventilação (Figura 48).
72
Figura 47 – Esquema de lanternim aberto (Blog Recriar com você, 2018).
Figura 48 – Telha com ventilação (Archiexpo, 2018).
Caso não seja possível a execução dessas alternativas a opção pode ser aliviar a
fixação das telhas, para que se desprendam e saiam durante os ventos fortes.
Consecutivamente, seria reduzida a sucção sobre a estrutura da residência. Para que essa
medida seja adotada, é necessária a verificação da ausência de perigo às pessoas,
edificações e veículos externos à edificação em questão.
Outra opção seria a amarração de telhas cerâmicas com arame de cobre nu, em único
ponto (Figura 49). Durante a incidência dos ventos, as telhas tenderão a voar, mas estarão
amarradas. Com isso, as mesmas podem bater umas nas outras e quebrar e, possivelmente,
cairão para o interior da residência. Assim, espera-se a redução de danos externos. Para
reduzir também os danos aos moradores da habitação, uma sugestão de detalhe construtivo
é a instalação de tela para viveiro galvanizada entre os caibros e as terças (Figura 49). Dessa
forma, os estilhaços de telha ficariam contidos na tela, reduzindo os riscos de danos aos
moradores. Esse detalhe foi pensado e sugerido para o projeto SHS.
73
Figura 49 – Ilustração da amarração das telhas cerâmicas e disposição da tela para viveiro.
FIXAÇÃO DA ESTRUTURA NAS FUNDAÇÕES
Uma vez garantida a fixação - ou não - da estrutura do telhado às paredes, as
alvenarias devem ter suas ancoragens garantidas às fundações. Isso faz-se necessário
devido às forças ascensionais do vento, que podem romper as ligações da superestrutura
com a infraestrutura, e às forças horizontais de vento, que podem vir a tombar as paredes da
residência.
Como medida preventiva para a situação descrita pode-se criar cintas na fundação e,
dessas cintas, surgirem barras de aço emendadas para a espera das alvenarias.
Para o pilar de concreto armado é válido ressaltar a importância do correto transpasse
das armaduras da fundação com esses, quando aplicável. Caso o traspasse não seja
executado na distância ou forma corretas, o pilar poderá vir a se separar da fundação.
No SHS, a fixação das alvenarias se dará através de barras de aço provindas das
sapatas corridas (Figura 50), detalhe semelhante ao comentado acima nesse mesmo item,
quando abordada o assunto de cintas.
74
Figura 50 – Armação de espera das alvenarias.
EXECUÇÃO DAS FUNDAÇÕES
Considerando uma superestrutura resistente aos esforços de vento, tem-se ainda de
se verificar a ação dos ventos na fundação. Recebendo os esforços transmitidos pela
alvenaria, as fundações causam preocupação quando não corretamente executadas e/ou
calculadas.
Durante a incidência de ventos fortes, residências inteiras podem vir a ser retiradas do
solo juntamente com as suas fundações, devido à intensa força de tração causada pelos
ventos fortes. Visando uma estabilidade adequada, em locais com possibilidade de ocorrência
desses casos, recomenda-se a verificação ao tombamento e a capacidade de carga
geotécnica considerando a atuação de esforços horizontais, além dos verticais.
Para a fundação do SHS, junto às sapatas corridas, sugere-se o reforço com estacas
tipo broca8, ao longo do eixo das paredes (Figura 51).
8 Tipo de estaca executada manualmente com o auxílio do instrumento trado. A estaca do tipo broca é cavada até pequenas profundidades, no máximo quatro metros. Após executados, os furos são preenchidos com concreto.
75
Figura 51 - Detalhe das estacas broca junto à sapata corrida.
Além disso, sugere-se a construção de vigas de equilíbrio transversais à residência
(Figura 52), na linha dos pórticos, contribuindo assim para uma maior rigidez dos pórticos de
sustentação da estrutura da casa.
Figura 52 – Vigas de equilíbrio.
76
Vale ressaltar que o estudo de fundações da residência não faz parte do escopo dessa
monografia. Os comentários sobre o assunto foram incorporados ao trabalho devido à grande
influência que os ventos têm sobre as fundações.
JANELAS E PORTAS
As esquadrias, no geral, são elementos decisivos na resistência de uma construção
quando há a incidência de ventos com velocidade maior ou igual a de uma categoria de
tempestade violenta (acima de 28,5m/s – 103km/h).
Janelas e portas são elementos construtivos considerados como pontos de fragilidade
de uma edificação quando se trata de resistência ao vento. Além de serem elementos, na
grande maioria, de fácil ruptura com a colisão de objetos externos, quando não executadas
corretamente, as esquadrias permitem o ingresso do vento através das suas frestas.
Após o vento conseguir adentrar a residência, o fluido busca sair do ambiente forçando
todas as ligações entre os elementos construtivos e/ou estruturais – o que se chama de
sobrepressão interna. Assim como entra, o vento encontra em outras janelas e portas a
permissão de saída do ambiente, ocasionando um fluxo de ar que tende a aumentar e,
consequentemente, tornar as esquadrias suscetíveis ao colapso.
Já existem no mercado, janelas que garantem hermeticidade e resistência ao vento.
As janelas herméticas e resistentes a impacto incluem um tipo especial de vidro que pode
suportar o impacto de objetos através da utilização de uma película plástica de polivinil butiral
(PVB) entre duas chapas de vidro - conhecido no mercado como vidro laminado (Figura 53).
Caso ocorra a quebra das chapas, os estilhaços de vidro ficam grudados na película PVB,
reduzindo o risco de ferimentos e mantendo a hermeticidade da residência. A moldura dessas
janelas garante a hermeticidade do sistema nos encontros com a alvenaria e vidros, conforme
ilustrado na Figura 54.
77
Figura 53 – Moldura de janela hermética (Finstral, 2018).
Figura 54 – Camadas do livro laminado (GB Vidros, 2018).
Porém, para o projeto SHS, visto que esse material não aparenta possuir um preço
acessível para a realidade de residências de baixo custo – foco do presente trabalho e do
projeto referência -, indica-se a vedação de janelas e portas através da fixação de chapas de
madeira compensada. Essa medida é avaliada como emergencial, sendo um meio de
tentativa para evitar maiores danos às residências.
O momento exato para a fixação das chapas de madeira nas janelas e portas é a partir
do conhecimento de incidência de furacão, ou tornado, na região da edificação. Geralmente,
a população é avisada momentos antes da incidência desses fenômenos. Uma situação real
é mostrada na Figura 55.
78
Figura 55 – População se protegendo de furacão (G1, 2018).
CONSTRUÇÃO DE ABRIGOS - SHELTERS
Um sistema construtivo muito utilizado nos Estados Unidos é o shelter. Traduzido de
maneira direta shelters são abrigos construídos no subsolo de uma edificação (Figura 56).
A título de informação, os Estados Unidos possuem um sistema de alerta através de
mensagens de texto no celular onde, quando há a formação de uma tempestade tropical, o
centro de controle do governo envia um tornado watching, que é um aviso de alerta da
probabilidade de ocorrência de um tornado - ou furacão – naquela região. A partir do momento
que a tempestade tropical passa a ser considerada como um tornado, a população recebe
outra mensagem de texto com o aviso de tornado warning. Nesse momento, todos devem
buscar o lugar mais baixo para se abrigar - longe de janelas - ou, caso exista, se abrigar em
shelters.
79
Figura 56 – Layout de Shelter (Hardened Homes, 2018).
Esse sistema construtivo pode ser utilizado juntamente com o método construtivo do
projeto SHS. Mesmo possuindo casas resistentes aos ventos fortes, a ocorrência de ventos
além do limite suportável pela residência pode vir a ocorrer. Para esses ventos, seria
interessante a existência de abrigos coletivos subterrâneos - fornecidos pelo governo - para
refúgio dos moradores, assim como já implementado nos Estados Unidos.
Esses abrigos não precisariam, necessariamente, serem usados somente em casos
de furacões. Poderiam ter uma utilização que seja mais próxima do dia-a-dia para que seja
um gasto viável.
SISTEMA ICF – INSULATED CONCRETE FORMS9
Existem sistemas estruturais próprios para o objetivo de resistência à esforços de
vento de eventos climáticos extremos.
O sistema ICF consiste na construção de cômodos inteiros em concreto armado
capazes de resistir ventos de até 350 km/h. O objetivo desse sistema é construir uma casa
inteira de concreto armado com janela resistente a impacto, citada no item 4.6, e porta em
aço.
Além de ser mais resistente, o sistema ICF conta com moldes de isopor com
extremidades de encaixe, o que torna a produtividade maior. Por ser de isopor, não é
necessário o desgaste físico para transporte do material. O interior dos moldes conta com
travessas de plástico, que além de proporcionar estabilidade do molde, facilita o
9 Formas de Concreto Isolado.
80
posicionamento de armaduras na longitudinal e na vertical (Figura 57). Para um melhor
acabamento interno, utiliza-se o sistema de chapas de gesso acartonado, conhecido como
Drywall.
Figura 57 – Encontro de laje com parede – Sistema ICF (Nudura – Integrated Building Technology, 2018).
Figura 58 – Concretagem da parede do Sistema ICF (Nudura – Integrated Building Technology, 2018).
81
CONSTRUÇÃO SOBRE PILOTIS
A influência das inundações das habitações do SHS também não é tema de estudo
desse trabalho. Porém, vale comentar que junto aos furacões, podem vir chuvas muito
intensas capazes de danificar - ou até mesmo levar à ruína - casas inteiras. Devido às
inundações causadas por elas, as chuvas podem possuir grande força de arrasto ao longo do
percurso das suas águas, podendo arrastar objetos que se tornam potenciais destruidores de
residências que estiverem no caminho. Para reduzir tais riscos indica-se a construção de
casas sobre pilotis (Figura 59).
Figura 59 – Casa sobre pilotis (Megaconstruções – Casas à prova de furacão, 2018).
Para a realidade do projeto SHS, pode ser de grande importância a construção sobre
pilotis pois, não se sabe como o tijolo de solo-cimento se comportaria mediante a essa
situação de inundação.
82
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
CONSIDERAÇÕES FINAIS DO TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Considerando a ocorrência de grandes desastres naturais provocados, por exemplo, por
ciclones, um modelo de residência do projeto SHS (embrião 2) foi submetido e analisado para
a ação de ventos fortes, de acordo com a NBR 6123/1988, de: 35 m/s (126 km/h), 43 m/s (155
km/h), 50 m/s (180 km/h) e 60 m/s (216 km/h).
As ligações rotuladas inviabilizaram a resistência da estrutura antiga aos esforços de
vento a 35 m/s (126 km/h). Adotou-se então a nova estrutura – concepção da mão francesa
já adotada no projeto SHS – para resistir aos esforços de vento dessa magnitude.
Feitas através do programa Ftool, as avaliações das diferentes reações causadas pelos
esforços de vento a 35m/s permitiram concluir de que a direção do vento que mais contribui
para as reações de apoio é a direção paralela ao pórtico, ou seja, vento a 90°.
Passou-se então a analisar a estrutura para vento de 43 m/s (155 km/h) e permitiu-se
concluir que alterando somente o tipo de pórtico não seria suficiente para a residência resistir
aos esforços de vento. Foi então necessária a sugestão de implementação de armadura ao
longo da parede P17. Após esse aprimoramento, a estrutura de alvenaria teve êxito na
resistência aos ventos de 43 m/s.
A próxima análise foi realizada para o vento de 50 m/s (180 km/h) considerando a
mesma modelagem que obteve resistência significativa para o vento de 43 m/s – parede P17
armada. Contudo, para o vento de 50 m/s, essa modelagem não foi suficiente para resistir a
tais esforços. Dessa vez, como se tratavam também de paredes que eram componentes de
pórtico, sugeriu-se a adoção de mais um aprimoramento construtivo – utilização de
enrijecedores longos.
Além desse aprimoramento, para que a estrutura de alvenaria conseguisse resistir aos
esforços de vento causados pela velocidade de 50 m/s, foi necessária a consideração de
armação completa das paredes P11, P15 E P23. A partir dessas considerações, então,
permitiu-se a conclusão de que a tecnologia de construção em solo-cimento – com o modo
de fabricação considerado – resiste ao vento de 50 m/s.
Para suportar as ações dos esforços de vento de 60 m/s, além da junção de todos os
aprimoramentos para 50 m/s, os enrijecedores das paredes laterais tiveram que ser dobrados,
obtendo êxito na resistência aos esforços de vento.
Permitiu-se concluir – ciente das considerações feitas acerca da velocidade de 60 m/s
– que as paredes analisadas também resistiram aos esforços para essa velocidade de vento.
Vale ressaltar que, esse resultado só será válido caso a metodologia de cálculo adotada na
83
NBR 6123/1988 possa ser utilizada para ventos acima dos registrados até a data de sua
publicação.
Acerca dos detalhes construtivos, o presente trabalho sugeriu modelos que podem
auxiliar na resistência da residência – vigas de equilíbrio; janelas herméticas; proteções com
chapas de madeira; telhas com aberturas, assim como na segurança dos moradores – tela
galvanizada para viveiro; telhas amarradas; casas sobre pilotis.
Além disso, não se limitando ao método construtivo do SHS, foi sugerido um modelo
complementar ao projeto com foco na maior proteção aos moradores: shelters. Imagina-se
ser de grande ajuda para as famílias afetadas por desastres, a construção desses abrigos por
parte do governo.
Por fim, sugeriu-se um modelo que substitui o método construtivo em solo-cimento por
moldes de isopor preenchidos com concreto armado – Sistema ICF. Considera-se como um
método que, aparentemente, não precisa de mão de obra especializada para execução, mas
que pode significar alto custo de construção, podendo inviabilizar a construção em sistema de
mutirão pós desastres.
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Com o objetivo de se explorar mais profundamente o tema citado nesse trabalho, foram
sugeridos alguns títulos para trabalhos futuros.
5.2.1 INFLUÊNCIA DOS VENTOS NA FUNDAÇÃO
Essa monografia não abordou o dimensionamento e influência dos ventos na fundação
da residência. Próximos trabalhos poderão avaliar o comportamento das fundações de
residências de baixo custo com a incidência de ventos fortes. Imagina-se que deverão ser
estudadas fundações – assim como compacidades/consistências de solo – que sejam
resistentes o suficiente para suportar as forças de tração e rotação exercidas pelo vento.
5.2.2 INFLUÊNCIA DAS CHUVAS TORRENCIAIS
Furacões e ciclones extratropicais podem vir acompanhados de chuvas torrenciais que
causem grandes desastres devido à sua intensidade e poder de alagamento. O presente
trabalho citou - mas não explorou - o comportamento do modelo estrutural do projeto SHS
quanto a alagamentos. Análises poderão ser feitas a fim de descobrir o comportamento do
84
solo-cimento em inundações com correnteza. Imagina-se que os tijolos irão se comportar de
maneira diferente quando submetidos à imersão e arrasto das águas.
5.2.3 DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS QUE COMPÕEM A ESTRUTURA DO
TELHADO E SUAS LIGAÇÕES
Outra abordagem do tema deste trabalho é o estudo do cálculo estrutural do telhado,
buscando o dimensionamento detalhado do madeiramento e suas conexões. Este trabalho
considerou apenas seções conhecidas de peças de madeira, sem a preocupação de
dimensioná-las, desde suas seções até suas ligações. Imagina-se que conforme a variação
da velocidade de vento, as ligações entre peças do madeiramento devem ser propostas cada
vez mais resistentes.
5.2.4 CONSTRUÇÃO COM BLOCO DE CONCRETO
Outra possível abordagem para trabalho de conclusão de curso seria a modelagem, nos
mesmos moldes deste trabalho, considerando a utilização de blocos de concreto. Por serem
mais resistentes à compressão, acredita-se que, sem a necessidade de implementação de
aprimoramentos construtivos, os blocos de concreto permitam a criação de uma modelagem
de pórtico capaz de resistir a ventos com velocidades superiores a 35 m/s (126 km/h).
DIFICULDADES DE ENTENDIMENTO DA NORMA NBR 6123/1988
Nesse subcapítulo, busca-se detalhar, resumidamente em tópicos, as dificuldades
encontradas no estudo e interpretação da norma NBR 6123/1988, com o objetivo na
possibilidade de contribuição, a tempo, para a revisão corrente desta.
i. Para o cálculo do fator S2, não está claro a possiblidade, ou não, da utilização
de valores intermediários aos adotados na norma. Neste trabalho, a rugosidade
do terreno foi considerada com um valor intermediário entre as categorias III e
IV, visto que a cota média do topo dos obstáculos é maior que 3 metros
(categoria III) e menor que 10 metros (categoria IV).
ii. No conceito de abertura dominante, no item 6.2.5 da norma NBR 6123/1988,
letra c), não está claro qual valor de ce deve ser adotado para o caso de
85
“abertura dominante em uma face paralela ao vento”. Para o presente trabalho,
considerou-se que os itens “abertura dominante não situada em zona de alta
sucção externa” e “abertura dominante situada em zona de alta sucção
externa” são subitens do caso em questão. Caso a consideração esteja correta,
sugere-se a correção do recuo dos subitens para facilitar compreensões
futuras.
iii. Para considerações dos coeficientes de forma do telhado – tabela 5 da NBR
6123/1988, a norma ilustra o comprimento maior como sendo o detentor da
cumeeira. Não fica claro quais coeficientes usar, quando a cumeeira estende-
se ao longo do menor comprimento. Para o trabalho, visto que a cumeeira se
enquadra nessa situação não esclarecida, foi considerada apenas a inversão
da orientação dos ventos da norma, ou seja, os coeficientes do vento a 0° da
norma, visto que o mesmo incide no oitão, foram considerados para o vento a
90° do presente trabalho. O mesmo ocorreu para os coeficientes do vento a
90° da norma, que incidem na água do telhado, que foram considerados para
o vento a 0° do trabalho.
86
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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de Janeiro, ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1989.
ABNT, NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto armado. Rio de Janeiro, ABNT –
Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2014.
ABNT, NBR 6123: Forças devidas ao vento em edificações. Rio de Janeiro, ABNT –
Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1988.
ABNT, NBR 7190: Projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro, ABNT – Associação
Brasileira de Normas Técnicas, 1997.
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ANAC Agência Nacional de Aviação Civil. Turbulência (ANAC, 2017). Disponível em:
<http://www.anac.gov.br/assuntos/setor-regulado/profissionais-da-aviacao-civil/meteorologia-
aeronautica/condicoes-meteorologicas-adversas-para-o-voo/turbulencia> Acesso em 24-07-
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BEVEN, Jack. Cientista americano no rastro do Catarina. (ZERO HORA, 2004).
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87
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90
APÊNDICES
APÊNDICE A1
I. Barlavento
Região onde o vento incide frontalmente na edificação;
II. Sotavento
Região oposta à de barlavento;
III. Sobrepressão
Pressão acima da pressão atmosférica atuante;
IV. Sucção
Pressão abaixo da pressão atmosférica atuante;
V. Massas de ar
São massas que possuem grandes dimensões (centenas de quilômetros) com
temperatura uniforme horizontalmente e pouco oscilatória verticalmente
(BLESSMANN, 2013);
VI. Frente fria
Movimentação de massa de ar frio sobre a massa de ar quente. Esse deslocamento
pode provocar ventos de até 30 m/s (MALITE, 2004);
VII. Frente quente
Movimento de massa de ar quente sobre a massa de ar frio. Esse deslocamento é
mais estável, quando comparado ao fenômeno da frente fria e, por isso, os ventos
possuem intensidades menores (MALITE, 2004);
VIII. Turbulência
É o movimento irregular do fluxo de ar (ANAC, 2017);
91
IX. Rajada de vento
É considerada como um movimento brusco repentino do ar. Possui curta duração,
menos de 20 segundos, e velocidade pelo menos 18,5 km/h maior que a média da
velocidade dos ventos que a originaram (CLIMATEMPO, 2017);
X. Tormentas/tempestades (storms)
São sistemas meteorológicos que dão origem a ventos fortes (de alta velocidade),
independente de seu mecanismo de formação (BLESSMANN, 2013);
XI. Tormenta / tempestade tropical
Assim como ciclones têm um padrão diferente dos ciclones extratropicais, pois
ocorrem com menor frequência, mas com velocidades de vento iguais ou superiores;
XII. Centro de baixa pressão
Local onde houve redução de pressão devido ao deslocamento de massas de ar,
geralmente quentes;
XIII. Ciclones
São movimentos circulatórios do ar em torno de um centro de baixa pressão
(BLESSMANN, 2013);
XIV. Centro de alta pressão
Local onde massas de ar, geralmente frias, estão estagnadas por falta de espaço para
se moverem e por baixa energia térmica provinda do Sol (CLIMATEMPO, 2017);
XV. Anticiclones
São movimentos circulatórios assim como os ciclones, porém ao redor de um centro
de alta pressão (BLESSMANN, 2013);
XVI. Furacões
Tempestade violenta, originada a partir de um ciclone tropical, que pode chegar a
centenas de quilômetros de diâmetro. Os ventos próximos podem ultrapassar 120
km/h (BRASIL, 2009);
XVII. Tornados
Coluna de ar com intensa rotação em formato de funil ligado à base de nuvens
convectivas. Um tornado deve ser acompanhado por ventos prejudiciais nos níveis de
92
estrutura. Os ventos de tornados chegam a ser tão intensos, que não é
economicamente viável projetar as construções para resistir à ação desses
fenômenos. Segundo BLESSMAN (2001), “é muito mais econômico reconstruir as
construções que ficam no meio do caminho relativamente estreito do tornado”;
XVIII. Alvenaria estrutural não armada
Segundo a NBR-15961-1 item 3.6, “elemento de alvenaria no qual não são utilizadas
armaduras para resistir aos esforços solicitantes”.
XIX. Alvenaria estrutural armada
Com a mesma referência da NBR-15961-1, porém no item 3.7, consta “elemento de
alvenaria no qual são utilizadas armaduras passivas que são consideradas para resistir
aos esforços solicitantes”.
XX. Abertura dominante
É uma abertura cuja área total é igual ou superior à soma das áreas totais das outras
aberturas que constituem a permeabilidade considerada sobre toda a superfície
externa da edificação (incluindo a cobertura, se houver forro permeável ao ar ou na
ausência de forro). Esta abertura dominante também é considerada na ocorrência de
acidentes, como a ruptura de vidros fixos por objetos que foram lançados pelo vento
(NBR 6123/1988);
XXI. Escala Beaufort:
Beaufort, em 1805, elaborou uma escala de ventos em que fosse possível proporcionar
condições aos marinheiros de estimar a velocidade do vento (MALITE, 2004) Até os
dias de hoje, a escala Beaufort é utilizada para classificação dos ventos de acordo com
sua velocidade média, que por sua vez é calculada em dez minutos de ocorrência do
vento em questão. A escala tem como base um terreno plano e ventos de 10 metros
acima do terreno (BLESSMANN, 2001). A escala completa está transcrita na Tabela
26:
93
Tabela 26 - Escala Beaufort (Marinha do Brasil, 2018).
XXII. Escala Saffir-Simpson
Criada em 1969, pelo engenheiro civil Herbert Saffir e pelo meteorologista Robert
Simpson, a escala Saffir-Simpson é usada para dar a estimativa do potencial risco de
danos esperados durante a passagem de um furacão. A categoria é estimada através
dos “ventos sustentados”, que por sua vez, são ventos que possuem a sua velocidade
mantida durante 1 minuto, quando se referem a furacões (APOLO11). A escala Saffir-
Simpson encontra-se na Tabela 1;
Grau Designação m/s km/h Efeitos em terra
0 Calmo < 0,3 <1 Fumaça sobe na vertical
1 Aragem 0,3 a 1,5 1 a 5 Fumaça indica direção do vento
2 Brisa leve 1,6 a 3,3 6 a 11As folhas das arvores movem; os moinhos
começam a trabalhar
3 Brisa fraca 3,4 a 5,4 12 a 19As folhas agitam-se e as bandeiras
desfraldam ao vento
4 Brisa moderada 5,5 a 7,9 20 a 28Poeira e pequenos papeis levantados; movem-
se os galhos das arvores
5 Brisa forte 8 a 10,7 29 a 38Movimentação de grandes galhos e arvores
pequenas
6 Vento fresco 10,8 a 13,8 39 a 49
Movem-se os ramos das arvores; dificuldade
em manter um guarda-chuva aberto; assobio
em fios de postes
7 Vento forte 13,9 a 17,1 50 a 61Movem-se as arvores grandes; dificuldade em
andar contra o vento
8 Ventania 17,2 a 20,7 62 a 74
Quebram-se galhos de arvores; dificuldade em
andar contra o vento; barcos permanecem
nos portos
9 Ventania forte 20,8 a 24,4 75 a 88Danos em arvores e pequenas construções;
impossível andar contra o vento
10 Tempestade 24,5 a 28,4 89 a 102Arvores arrancadas; danos estruturais em
construções
11 Tempestade violenta 28,5 a 32,6 103 a 117 Estragos generalizados em construções
12 Furacão > 32,7 >118Estragos graves e generalizados em
construções
ESCALA BEAUFORT
94
XXIII. Escala Fujita / Fujita melhorada
Durante muito tempo, diversos tornados não puderam ser classificados pelo simples
fato de não ter como medir a velocidade do ar em seu giro. Só em 1971, Tetsuya
Theodore Fujita relacionou a intensidade dos danos causados por objetos lançados
pelos tornados com diversos graus de intensidade, chamados de classes do vento
(BLESSMANN, 2001). À essa relação, deu-se o nome de escala Fujita. Recentemente,
realizaram modificações, que deu origem à escala Fujita melhorada, ou EF (Enhanced
Fujita). A mesma encontra-se transcrita na Tabela 2;
XXIV. Vento
O vento pode ser definido, de maneira simplificada, como um fenômeno meteorológico
formado pela movimentação horizontal de massas de ar sobre a superfície terrestre
(ANAC, 2018). Essa movimentação se deve às diferenças de pressão na atmosfera,
que têm origem nas variações de temperatura causadas pelo Sol. As massas de ar,
que recebem as radiações solares, se aquecem e ele se elevam, originando um centro
de baixa pressão no lugar onde estavam. As massas de ar frio, por sua vez, estão
localizadas no centro de alta pressão, onde estão estagnadas devido à menor energia
solar provida pelo Sol. Desses centros deslocam-se, horizontalmente, as massas que
irão preencher os vazios deixados pelas massas de ar quente que ascenderam,
originando os ventos horizontais, que ocorrem mais em regiões litorâneas. Há ainda a
movimentação vertical, que possui sua predominância em regiões montanhosas e
ocorre em processo análogo. A diferença é a localização da massa de ar frio. Essa
localiza-se logo acima da camada de ar quente. Com a ascensão da massa menos
densa, a mais densa desce, originando os ventos verticais; outra definição possível do
vento, segundo MALITE et al (2004), é “um fluxo de ar médio sobreposto a flutuações
de fluxo, denominadas rajadas (ou turbulências)”. Essas ocorrências de ventos com
velocidades elevadas, são as responsáveis pelas cargas de vento que irão atuar nas
construções, podendo causar danos substanciais como, destelhamento das
edificações e queda de árvores. Por tal importância dos impactos que os ventos podem
causar, torna-se imprescindível o estudo quanto às diferentes intensidades de
solicitações causadas por ventos fortes;
95
XXV. Túnel de Vento
Os túneis de vento são estruturas que fazem a simulação do comportamento desse
fluido em relação a diversos tipos de objetos, como aviões, carros e, nesse caso, na
construção civil. Criado pelo engenheiro Joaquim Blessmann, em 1972, o túnel de
vento da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) é considerado o mais
avançado da América Latina. Com o mesmo nome de seu fundador, o túnel foi
projetado para realizar ensaios estáticos e dinâmicos de modelos de construções civis.
A realização desses ensaios permite avaliar o carregamento referente aos ventos da
maneira mais precisa possível. As características de vento são analisadas no local,
onde a edificação será construída, e reproduzida fidedignamente dentro do túnel
(REISDÖRFER, 2007). Assim como a Figura 9, a Figura 59 ilustra o túnel de vento da
UFRGS:
Figura 60 – Modelo de interação vento-chuva sobre o Ginásio SESC, Rio de Janeiro (Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS, ND).
96
APÊNDICE A2
Figura 61 - Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 35 m/s – Estrutura nova –
Telhado como abertura dominante – Ligações rotuladas.
Figura 62 – Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 35 m/s – Estrutura nova –
Telhado como abertura dominante – Ligações rígidas.
97
Figura 63 - Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 43 m/s - Ligações rotuladas.
Figura 64 - Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 43 m/s - Ligações rígidas.
.
98
Figura 65 - Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 50 m/s – Enrijecedores longos -
Ligações rotuladas.
Figura 66 - Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 50 m/s – Enrijecedores longos -
Ligações rígidas.
99
Figura 67 – Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 60 m/s – Enrijecedores longos
e duplos nas laterais - Ligações rotuladas.
Figura 68 – Diagrama de momentos fletores – Velocidade de 60 m/s – Enrijecedores longos
e duplos nas laterais - Ligações rígidas.
100
APÊNDICE A3
Figura 69 - Cpi e Ce: hipótese de vento perpendicular a uma face permeável.
Figura 70 - Cpi e Ce: hipótese de vento perpendicular a uma face impermeável.
101
Figura 71 - Cpi e Ce: hipótese de abertura dominante na face de sotavento.
Figura 72 - Cpi e Ce: hipótese de abertura dominante situada em zona de alta sucção
externa.
102
APÊNDICE A4
Figura 73 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 43 m/s [kN/m] – 0° - Telhado íntegro.
Figura 74 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 43 m/s [kN/m] – 90° - Telhado íntegro.
103
Figura 75 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 43 m/s [kN/m] – 0° - Telhado como
abertura dominante.
Figura 76 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 43 m/s [kN/m] – 90° - Telhado como
abertura dominante.
104
Figura 77 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 50 m/s [kN/m] – 0° - Telhado íntegro.
Figura 78 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 50 m/s [kN/m] – 90° - Telhado íntegro.
105
Figura 79 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 50 m/s [kN/m] – 0° - Telhado como
abertura dominante.
Figura 80 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 50 m/s [kN/m] – 90° - Telhado como
abertura dominante.
106
Figura 81 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 60 m/s [kN/m] – 0° - Telhado íntegro.
Figura 82 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 60 m/s [kN/m] – 90° - Telhado íntegro.
107
Figura 83 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 60 m/s [kN/m] – 0° - Telhado como
abertura dominante.
Figura 84 - Cargas de vento distribuídas para V0 = 60 m/s [kN/m] – 90° - Telhado como
abertura dominante.
108
APÊNDICE A5
Figura 85 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão.
Figura 86 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão.
109
Figura 87 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
Figura 88 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Telhado íntegro-
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
110
Figura 89 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sucção.
Figura 90 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Telhado íntegro-
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sucção.
111
Figura 91 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção.
Figura 92 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção.
112
Figura 93 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Abertura dominante -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão.
Figura 94 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Abertura
dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão.
113
Figura 95 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Abertura dominante -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
Figura 96 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Abertura
dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
114
Figura 97 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Abertura dominante -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sucção.
Figura 98 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Abertura
dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sucção.
115
Figura 99 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Abertura dominante -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção.
Figura 100 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Abertura
dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção.
116
Figura 101 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
Figura 102 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
117
Figura 103 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção.
Figura 104 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado íntegro -
Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção.
118
Figura 105 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado com abertura
dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
Figura 106 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado com
abertura dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
119
Figura 107 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado com abertura
dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção.
Figura 108 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado com
abertura dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção
120
Figura 109 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado com abertura
dominante - Velocidade de 43 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
Figura 110 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado com
abertura dominante - Velocidade de 43 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
121
Figura 111 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado com abertura
dominante - Velocidade de 43 m/s – Vento a 90º - Sucção.
Figura 112 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado com
abertura dominante - Velocidade de 43 m/s – Vento a 90º - Sucção.
122
Figura 113 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado com abertura
dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
Figura 114 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado com
abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
123
Figura 115 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado com abertura
dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sucção.
Figura 116 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado com
abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sucção.
124
Figura 117 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Enrijecedores longos -
Telhado com abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
Figura 118 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Enrijecedores
longos - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º -
Sobrepressão.
125
Figura 119 - Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Enrijecedores longos -
Telhado com abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sucção.
Figura 120 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Enrijecedores
longos - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sucção.
126
Figura 121 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Enrijecedores longos -
Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.
Figura 122 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Enrijecedores
longos - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º -
Sobrepressão.
127
Figura 123 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Enrijecedores longos -
Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º - Sucção.
Figura 124 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Enrijecedores
longos - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º - Sucção.
128
Figura 125 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Enrijecedores longos e
duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º
- Sobrepressão.
Figura 126 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Enrijecedores
longos e duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s –
Vento a 90º - Sobrepressão.
129
Figura 127 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Enrijecedores longos e
duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º
- Sucção.
Figura 128 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Enrijecedores
longos e duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s –
Vento a 90º - Sucção.
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