Influência externa das forças nas edificações,
devido a ação do vento.
Tem-se como objetivo salientar a
necessidade do estudo dos fluídos, no caso ar, como grande influência na
consideração das forças devidas à dinâmica do vento, para efeitos de cálculo de
edificações.
O conhecimento dos princípios
físicos do movimento do ar torna-se necessário para entender alguns dos
fenômenos envolvidos na força exercida pelo vento em edificações.
Equações da dinâmica dos fluídos
Serão apresentadas algumas das
equações da dinâmica dos fluídos, nas quais o movimento do ar está subordinado.
Equação de Bernoulli
O princípio de Bernoulli
estabelece que, no caso do fluxo constante de um fluido incompressível e não
viscoso, a energia de uma unidade de volume do fluido é conservada ao longo de
seu percurso.
Considera-se que, o termo
gravitacional é insignificante e a densidade do ar é constante, exceto quando
ocorrem grandes variações de temperatura em relação à temperatura do ar
exterior.
A equação mostra que num determinado
ponto de uma corrente de ar, o aumento da velocidade do escoamento resulta na
redução da pressão nesse ponto, e vice-versa.
Tendo como exemplos, casos onde
vemos que telhados são arrancados por razão da alta velocidade do vento em sua
superfície superior, gerando assim uma baixa pressão, como mostra a figura.
Ventos paralelos produzem um
esforço de sucção vertical sobre o componente, puxando-o na direção
perpendicular ao do vento.
Equação de Venturi
Na aerodinâmica aplicada aos
edifícios, o efeito Venturi pode ser percebido em muitas situações comuns, como
passagens estreitas sob construções altas ou nas proximidades de aberturas de
saída do ar pequenas, localizadas em ambientes que possuam amplas aberturas de
entrada do vento.
O efeito de Venturi pode ser
“usado de várias maneiras para produzir correntes de ar no interior das
construções” (FATHY, 1989).
Número de Reynolds
É representado pela relação das
forças de inércia divididas pela forças viscosas. A primeira, é a força gerada
pelo impacto da corrente na parte
frontal do obstáculo. Apresenta um valor elevado para corpos não aerodinâmicos
e diminui para corpos aerodinâmicos. As forças viscosas atuam com mais
intensidade em formas aerodinâmicas, como aerofólios, por exemplo, e é reduzida
em edificações. Em todos os casos, contudo, ambas as forças, inercial e
viscosa, estão sempre presentes ao mesmo tempo, embora em diferentes proporções
(MELARAGNO, 1982).
Na figura abaixo, as forças
laterais de fricção que diminuem a velocidade do ar são as forças de
viscosidade.
Zonas de pressão dinâmica do
vento.
A pressão dinâmica é a pressão
adquirida pela força da velocidade do vento, que se choca com o edifício, e
está associada com a energia cinética do movimento da corrente de ar.
Tendo como referência a pressão
atmosférica do local, pode se classificar a pressão entre positiva (+) e
negativa (-).
Levando em conta o ponto de vista
cientifico toda a pressão é positiva, esta zona negativa esta relacionada com
uma pressão menor à pressão referencial, a pressão atmosférica.
Esta classificação é utilizada
para facilitar a compreensão do efeito de pressão do escoamento sobre as
superfícies do edifício.
As zonas do escoamento positiva
exercem um empuxo nas superfícies do edifício.
Já zonas negativas apresentam um
efeito de sucção nas superfícies do edifício.
O escoamento dentro da camada
limite ( zona negativa) pode ser laminar ou turbulento, dependendo da geometria
do corpo e do número de Reynolds, apresentado anteriormente. Na aerodinâmica das
edificações comuns, onde o número de Reynolds é normalmente alto, as correntes
de ar dentro da camada limite são geralmente turbulentas.
O link a baixo demonstra como o
vento tem influência no projeto de um arranha céu, demonstrando como são feitos
testes em túneis de vento para que o edifício seja dimensionado da melhor
forma.
Equipe: Gustavo B. Leandro,
Felipe Kindermann Victorazzi, Caio César Silva.
