TÚNEL DE VENTO: SEGURANÇA E INOVAÇÃO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

Daiana Eger Michels e Juliana Goulart Moraes

Resumo: Os túneis de vento são equipamentos que tem por objetivo simular e estudar o efeito do movimento do ar sobre ou ao redor de objetos sólidos. A instalação desses equipamentos permite observar o movimento do ar ao redor dos itens inseridos dentro dele. Na construção civil, o túnel de vento é feito para analisar o desempenho aerodinâmico de construções em escala reduzida, utilizando maquetes. Os ensaios permitem determinar os efeitos da carga de vento sobre estruturas de edifícios, pontes e outras estruturas especiais, fornecendo ao projetista dados que aumentam a confiabilidade do cálculo estrutural.

Palavras-chave: Túnel de Vento. Construção Civil. Ensaios de Edificações.

1 TÚNEIS DE VENTO

Os túneis de vento são equipamentos que tem por objetivo simular e estudar o efeito do movimento, dos deslocamentos e do comportamento do ar com intensidades variáveis sobre ou ao redor de diversos tipos de objetos sólidos como aviões, automóveis, cápsulas espaciais, edifícios, pontes, antenas e outras estruturas de construções civis para a determinação de parâmetros nos projetos. A instalação desses equipamentos permite observar o movimento do ar ao redor dos itens inseridos dentro dele, o que não é possível realizar facilmente em uma situação normal.

1.1 HISTÓRICO

               A partir do século XIX teve início a criação dos primeiros túneis de vento junto às primeiras investigações aeronáuticas.

           Para demonstrar que não é necessário que o corpo esteja em movimento para ensaiar sua capacidade aerodinâmica foi desenvolvido o primeiro túnel de vento, onde o objetivo era analisar que mesmo estando o corpo parado e o ar em movimento é possível realizar medições de as forças aerodinâmicas nele aplicado.

          Com o início da Segunda Guerra Mundial foram construídos túneis de vento de maiores dimensões para a realização de ensaios em aeronaves militares.

        No decorrer do tempo o túnel tomou papel importante para testes, sendo aplicado em automóveis e nas construções civis.

          Antes que os testes com túneis de vento pudessem ser projetados, o engenheiro inglês e matemático Benjamim Robins (1707 – 1751) inventou um braço girando para medir a força de arrasto por meio do qual realizou as primeiras experiências na aviação.

             O primeiro túnel de vento, acionado por uma máquina a vapor, foi construído na Inglaterra em 1871, para a “Aeronautical Society of Great Britain”, por um dos fundadores dessa associação, Frank H. Wenham (GORECKI, 1988).

                Desta época até os dias atuais, muitos aspectos evoluíram, o que influenciou diretamente na qualidade do escoamento e das medidas, preocupação sempre presente nos estudos e desenvolvimentos de produtos e técnicas (JUNIOR, 2009).

1.2  TIPOS DE TÚNEIS DE VENTO E CARACTERÍSTICAS

                Segundo SANTOS, geralmente os túneis de vento são formados por ventiladores, tubos para a circulação do ar, corredores para o escoamento e uma área reservada para os ensaios. Os túneis de vento podem ser classificados com base na velocidade do fluxo de ar na seção de teste e com base na forma.

1.2.1        Túneis De Vento Com Base Na Velocidade

       De acordo com SANTOS:

• Túnel de Vento Subsônico: a velocidade máxima do escoamento neste tipo de túnel de vento pode ser 135 m/s. Este tipo de túnel de vento é mais rentável, devido à simplicidade do design e baixa velocidade do vento.

 • Túnel de Vento Transônico: a velocidade máxima na seção de teste do túnel de vento transônico pode alcançar 340 m/s. Este túnel de vento é comum na indústria aeronáutica, pois, a maioria dos aviões opera em torno desta velocidade.

 • Túnel de Vento Supersônico: velocidade do ar na seção de teste do túnel de vento varia de 340 m/s até 1700 m/s. Os requisitos de energia para este túnel de vento são elevados.

• Túnel de Vento Hipersônico: a velocidade do vento na seção de teste deste tipo de túnel de vento pode medir entre 1700 m/s e 5100 m/s. Isso é possível usando bocais divergentes.

1.2.2        Túneis De Vento Com Base Na Forma

       Segundo SANTOS:

                  • Túnel de Vento de Circuito Aberto: Esse tipo de túnel de vento é aberto em ambas às extremidades. As chances de partículas de sujeira entrar com o ar são altas. Podem ser divididos em duas categorias: Túnel Suckdown e Túnel Ventilador.

a) Túnel Suckdown: com a entrada aberta para a atmosfera, o ventilador axial ou centrífugo é instalado após a seção de teste.

b) Túnel Ventilador: um ventilador é instalado na entrada do túnel de vento que empurra o ar para dentro.

      • Túnel de Vento de Circuito Fechado: o ar circula no sistema de uma forma regulada. As chances de sujeira que entrarem no sistema são muito baixas. O fluxo é mais uniforme do que no tipo aberto. A indústria aerodinâmica usa estes túneis de vento para testar modelos de aviões propostos.

2 TÚNEIS DE VENTO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

       Na construção civil, o túnel de vento é utilizado para analisar o desempenho aerodinâmico de construções em escala reduzida, utilizando maquetes. Os ensaios permitem determinar os efeitos da carga de vento sobre estruturas de edifícios, pontes e outras estruturas especiais, fornecendo ao projetista dados que aumentam a confiabilidade do cálculo estrutural.

      No túnel de vento, também é possível determinar a influência das edificações próximas e da topografia do entorno da construção, analisar a ventilação dos ambientes internos e avaliar a qualidade do ar interior em relação à dispersão de poluentes e contaminantes. Sua aplicação está diretamente relacionada às situações que exigem informações com mais exatidão e confiabilidade ou quando o conhecimento a respeito das cargas de vento recai sobre condições que fogem às previstas nas normas técnicas, tal como a NBR 6123:1998.

Os ensaios em Túnel de Vento realizados com modelos em escala reduzida são importantes para:

• Aumentar a confiabilidade e a efetividade da construção e, também, reduzir os custos de projetos estruturais.
• Permitir a avaliação da influência de outras edificações e coberturas do solo próximas sobre a construção analisada. Neste ponto, é importante assinalar que as construções em grandes metrópoles estão geralmente situadas em zonas de alta densidade de edificações.
• Permitir um estudo mais eficiente sobre a ventilação dos ambientes internos e, portanto, aperfeiçoar a distribuição dos espaços para o melhor conforto ambiental.
• Avaliar a qualidade do ar interior em relação à dispersão de poluentes e contaminantes.

Segundo Padovezi diretor de Operações e Negócios do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), para atender as demandas crescentes por testes de segurança estrutural em setores como o da construção civil, o IPT construiu e opera um Túnel de Vento de Camada Limite Atmosférica, uma ferramenta necessária e, ao mesmo tempo, eficaz para atender à demanda do governador Geraldo Alckmin por estudos técnicos visando ao reforço estrutural das edificações que possam ser submetidas a fortes ventanias. “A competência multidisciplinar, técnica e laboratorial do Instituto estará à disposição de São Paulo na busca de soluções de projeto que contribuam para minimizar os impactos das mudanças climáticas”.

2.1  EFEITO DOS VENTOS EM EDIFICAÇÕES

A ação dos ventos é um dos fatores mais importantes a serem considerados no dimensionamento de estruturas e coberturas das construções. A norma de referência usada no cálculo da maioria dos projetos é a NBR 6.123:1988 - Forças Devidas ao Vento em Edificações, que fixa as condições exigíveis na consideração das forças devidas à ação estática e dinâmica do vento, para efeitos de cálculo de edificações.

Mas, essa norma não pode ser aplicada em projetos de edifícios muito altos e esbeltos ou com fachada curva, coberturas de estádios, pontes estaiadas e pênseis. Nesses casos, o vento interage de forma menos previsível com a construção, exigindo ensaios em modelos reduzidos no túnel de vento para o dimensionamento seguro das estruturas.

A incidência de ventos fortes na fachada da edificação pode produzir efeitos indesejáveis para o projeto e para os usuários, como vibrações exageradas na estrutura, momentos excessivos nas fundações, grandes velocidades e turbulências nas áreas de circulação de pedestres e danos à cobertura, em especial àquelas com grandes superfícies inclinadas.

2.2  ENSAIO DE EDIFICAÇÕES

O túnel de vento do IPT e seu similar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) são os dois equipamentos atualmente mais utilizados no País para ensaios de modelos reduzidos de pontes e edifícios.

O túnel do IPT tem estrutura metálica, fechamento de madeira e janelas de vidro próximas à barreira castelada e à mesa giratória. Tem, no total, 40 m de comprimento. A câmara de ensaio tem cerca de 28 m de comprimento e 6 m² de seção interna. A entrada do túnel possui uma moldura com cantos arredondados.

O vento característico das cidades é recriado com auxílio de três dispositivos: a barreira castelada (no piso, ao fundo), os quatro geradores de vórtices (na vertical) e os blocos de madeira (no piso, em primeiro plano).

A câmara de ensaio do túnel de vento do IPT tem seção livre de 6 m² e cerca de 28 m de comprimento, da contração ao ventilador. A velocidade do vento é medida em diferentes pontos por tubos de Pitot.

Quando os pesquisadores desejam mapear o escoamento de ar na estrutura, eles lançam sobre a maquete fumaça de óleo vegetal. As luzes internas são, então, apagadas e o modelo é bombardeado com flashes de laser verde, ao mesmo tempo em que o conjunto é filmado por câmeras de alta velocidade.

A partir das medições feitas no modelo reduzido, são determinados os coeficientes de pressão e de arrasto, adimensionais, que são fornecidos ao projetista estrutural para uso nos cálculos das solicitações da edificação.

2.3  INSTRUMENTAÇÃO

A maquete reduzida é dotada de centenas de orifícios para tomada de pressão durante o ensaio no túnel de vento. De cada orifício sai uma pequena mangueira flexível ligada a um ponto no sensor de pressão

Dependendo do número de tomadas de pressão na maquete, podem ser usados um ou mais sensores de pressão piezorresistivos, já que cada um tem 64 pontos de medição. Eles digitalizam os dados para serem processados em computador.

O software faz a análise dos valores e cria um mapa tridimensional que mostra como se distribui a pressão aplicada pelo vento nos diversos pontos da estrutura. Nas áreas vermelhas, a pressão do vento tem valores maiores e nas áreas azuis a pressão é negativa.

3 CONCLUSÃO

Através desse artigo podemos concluir que o uso do túnel de vento é importantíssimo para a construção civil, pois é ele que nos permite analisar o desempenho aerodinâmico de construções em escala reduzida.

Os ensaios feitos com esse equipamento permitem determinar os efeitos da carga de vento sobre estruturas de edifícios, pontes e outras estruturas especiais, fornecendo ao projetista dados que aumentam a confiabilidade do cálculo estrutural e garantem em parte o desempenho satisfatório desejado que a construção deva atingir para resistir aos ventos aos quais será submetida em sua vida útil. Com esse estudo podemos ter uma prévia de acontecimentos e problemas que podem vir a existir em construções futuras.

Esse artigo também foi importante para conhecermos um pouco como é um túnel de vento, como ele surgiu, os tipos e como funcionam os ensaios feitos com esse equipamento. Conhecemos também como ocorre o funcionamento e como é feita a análise dos dados coletados no IPT, o túnel de vento que é mais utilizado no país e em seu similar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

 Assim passamos a dar mais atenção para esses ensaios, pois são esses que nos permitem diagnosticar se a edificação vai resistir, por exemplo, a grandes ventanias e tempestades que podem ocorrer a qualquer hora, mantendo os efeitos estéticos desejáveis da edificação e o conforto psicológico e segurança aos usuários.

WIND TUNNEL:

SAFETY AND INNOVATION IN CONSTRUCTION

Abstract: Wind tunnels are equipment that aims to simulate and study the effect of air movement over or around solid objects. The installation of this equipment allows us to observe the movement of air around the items inserted into it. In construction, the wind tunnel is made to analyze the aerodynamic performance of buildings on a small scale, using scale models. The tests for determining the wind load effects on structures of buildings, bridges and other special structures, providing the designer with data that increases the reliability of structural calculation.

Keywords: Wind Tunnel. Construction. Building tests.

REFERÊNCIAS

EBAH. “Túnel de Ventos em Edificações”. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAABAHUAC/tunel-ventos-edificacoes>. Acesso em 13 de out. de 2016.

FARIA, Renato. Colaboração MASO, Isabelle A. Dal. “Visita Técnica - Como funciona o túnel de vento do IPT”. Disponível em: <http://techne.pini.com.br/engenharia-civil/208/como-funciona-o-tunel-de-vento-do-ipt-319316-1.aspx>. Acesso em 13 de out. de 2016.

IPT. “Edificação em túnel de vento”. Disponível em: <https://construcaocivilpet.wordpress.com/2013/09/27/edificacao-em-tunel-de-vento/>. Acesso em 13 de out. de 2016.

LIMA, Luana. “Para que servem os túneis de vento?”. Disponível em: <http://www.tecmundo.com.br/simuladores/33494-para-que-servem-os-tuneis-de-vento-.htm>. Acesso em 13 de out. de 2016.

ADRIANO, Kássio. “BDE Explica: Como funciona um túnel de vento?”. Disponível em: <http://blogdaengenharia.com/tunel-de-vento-voce-sabe-como-funciona/>. Acesso em 15 de out. de 2016.

PAIVA, Cida. “Ensaios de cargas de vento”. Disponível em: <https://arcoweb.com.br/finestra/tecnologia/aerodinamica-das-construcoes-01-01-2006>. Acesso em 15 de out. de 2016.

SANTOS, Altair. “Túnel de vento: vital para prédios esbeltos”. Disponível em: <http://www.cimentoitambe.com.br/tunel-de-vento-indispensavel-para-predios-esbeltos/>. Acesso em 15 de out. de 2016.

SANTOS, Altair. “Túnel de vento agrega segurança e inovação às obras”. Disponível em: <http://www.cimentoitambe.com.br/tunel-de-vento-agrega-seguranca-e-inovacao-as-obras/>. Acesso em 15 de out. de 2016.

SANTOS, Adalberto Rodrigo dos, SILVA, Bruno Washington Xavier da, NETO, Francisco Santiago, LOPES, Laura Dias e DIONÍSIO, Thais Honório . “Elaboração de túnel de vento para aplicações de ensaios aerodinâmicos”. Disponível em: &lt;file:///C:/Users/Info/Downloads/elaborao%20de%20tnel%20de%20vento%20para%20aplicaes%20de%20ensaios%20aerodinmicos.pdf&gt;. Acesso em 16 de out. de 2016.

APÊNDICE A – Cronograma de Desenvolvimento dos Túneis de Vento

Tabela 1- Cronograma de Desenvolvimento dos Túneis de Vento

DATA	DESCRIÇÃO	DESIGNER CRIADOR	LOCALIZAÇÃO
1871	Primeiro túnel de vento	Frank Wenham	Grã- Bretanha
1897	Túnel russo	Konstantin Tsiolkovsky	Rússia
1901	Túnel de 16 polegadas	Irmãos Wright	Dayton, OH Universidade Católica
1904	Túnel russo	Dimitri Riabouchsinsky	Moscou
1909	Primeiro túnel de loop fechado	Ludwig Prandtl	Universidade de Gottingen
1912	Túneis gêmeos	Gustav Eiffel	Paris, França
1917	Primeiro túnel moderno	Ludwig Prandtl	Universidade de Gottingen
1923	Túnel de densidade variável	Max Munk	Langley Field
1927	Túnel Pesquisa	Max Munk	Langley Field
1931	Túnel FullScale	Smith DeFrance	Langley Field
1936	Primeiro túnel supersônico		Peenenemunde
1936	Kirsten túnel de alta velocidade	William Boeing	Universidade de Wisconsin
1938	Túnel de Altitude		Massachusetts Institute of Technology
1939	Túnel de velocidade de 19 metros de altura		Langley Field
1942	Primeiro túnel supersônico EUA		Langley Field
1944	AWT	Al Young Lou Monroe	NACA Lewis
1944	40 – pelo túnel de 80 pés	Carl Bioletti	NACA Lewis
1948	8 – pelo túnel de vento 6-Foot Supersonic		NACA Lewis
1955	10 – pelo túnel de vento de 10 pés Supersonic		NACA Lewis
1955	Propulsão túnel de vento		AEDC

Fonte:<file:///C:/Users/Info/Downloads/elaborao%20de%20tnel%20de%20vento%20para%20aplicaes%20de%20ensaios%20aerodinmicos.pdf>. Acesso em 16 de out. de 2016.

ANEXO A – Ilustrações

·         Túnel de vento:

Fonte da imagem: Téchne. Para ampliar a imagem acesse o link: <http://hom2.gerenciadordeconteudo.com.br/produtos/PITE/engenharia-civil/208/imagens/i430803.jpg>

·         Imagens referentes a instrumentação:

“A maquete reduzida é dotada de centenas de orifícios para tomada de pressão durante o ensaio no túnel de vento. De cada orifício sai uma pequena mangueira flexível ligada a um ponto no sensor de pressão.” (FARIA  e MASO)

Fonte da imagem: Téchne.

“Dependendo do número de tomadas de pressão na maquete, podem ser usados um ou mais sensores de pressão piezorresistivos, já que cada um tem 64 pontos de medição. Eles digitalizam os dados para serem processados em computador.”(FARIA e MASO)

Fonte da imagem: Téchne.

“O software faz a análise dos valores e cria um mapa tridimensional que mostra como se distribui a pressão aplicada pelo vento nos diversos pontos da estrutura. Nas áreas vermelhas, a pressão do vento tem valores maiores. Nas áreas azuis, a pressão é negativa.”(FARIA e MASO)

Fonte da imagem: Téchne.

·         Efeito dos ventos em edificações:

Fonte da imagem: Téchne.

·         Exemplos de obras testadas:

Fonte imagem: Téchne. (Figura1/ Figura 2)

Figura 1:  Maquete em escala 1:200 da Arena Castelão, construída em Fortaleza, passou por ensaio no túnel de vento do IPT em 2011.  Foram instaladas 180 tomadas de pressão na cobertura do estádio. Entretanto, como a arquitetura do estádio previa uma estrutura praticamente simétrica, os dados medidos puderam ser adotados em outros pontos do projeto. Logo, os resultados obtidos eram coerentes a um ensaio com cerca de 360 tomadas de pressão.

Figura 2: Arena Pantanal, em Cuiabá, outro estádio da Copa ensaiado no túnel de vento do IPT. Foram instaladas 308 tomadas de pressão na maquete do estádio para obter os coeficientes de pressão na região da cobertura e os carregamentos de vento nos sistemas de fechamento. Neste caso em particular, incluiu-se nos ensaios uma maquete do ginásio Aecim Tocantins, por se situar muito próximo à arena e, desta forma, tem influencia nos ventos incidentes no estádio.

·         Ensaio no túnel de vento em maquetes de prédios a serem construídos na cidade de Sorocaba, SP:

Fonte da imagem: IPT.

AGRADECIMENTOS

Agradecemos à nossa professora, Engª Maria Lúcia Soares Cochlar, pela oportunidade dada. Por meio da qual foi possível ampliar nossos conhecimentos em um assunto muito importante para nossa futura profissão de Engenheiras Civis.