Análise Dinâmica das Estruturas: Vento (parte 01)
O recente terremoto que atingiu a Síria e a Turquia, causando inúmeros mortos, ganhou destaque em todo o mundo, incluindo o Brasil, especialmente entre os engenheiros.
Eventos sísmicos como esse, despertam a atenção de profissionais que trabalham na área da engenharia estrutural, pois podem causar consequências graves para as edificações, além de perdas humanas e econômicas significativas.
E no Brasil, será que haveria a necessidade de preocupação com terremotos ou ventos de alta velocidade? Antes de responder a essa pergunta, é importante explorar um pouco mais sobre o assunto. Nesse primeiro texto, será abordado a ação do Vento, sendo este uma das portas de entrada para a compreensão do comportamento dinâmico das estruturas.
O Vento
A disciplina que trata de ações que produzem vibrações nas estruturas é denominada de Análise Dinâmica. Geralmente, este assunto não está inserido na grade curricular dos cursos de Engenharia Civil, sendo abordado em programas de pós-graduação.
Conceitos Básicos da Dinâmica das Estruturas de Edifícios
Um problema de dinâmica estrutural difere de seu equivalente estático em dois importantes aspectos: o primeiro é a variação temporal, isto é, o carregamento e a resposta dinâmica variam com o tempo, o segundo trata-se do surgimento de forças inerciais, associadas às acelerações, forças de dissipação, usualmente associadas às velocidades.
As equações de movimento de um sistema podem ser obtidas utilizando o princípio de D’Alambert, que estabelece um equilíbrio dos esforços resistentes, de inércia, de amortecimento e do esforço externo aplicado para os graus de liberdade da estrutura. As equações diferencias do movimento são:
Nota-se que a parcela estática ensinada na graduação em engenharia civil é; ku=F, sendo “F” as forças externas estáticas.
Para resolver o sistema de equações diferenciais supramencionado emprega-se o modelo massa-mola, conforme a figura abaixo:
Sistema massa-mola
que faz analogia ao sistema estrutural:
Sistema estrutural análogo
A resolução dessa equação diferencial tem como produto final os deslocamentos, velocidade, aceleração e esforços internos da estrutura.
Modos de Vibração
Os modos de vibração são os autovetores dos sistemas de equações diferenciais supracitadas. Cada modo de vibração possuí sua frequência natural ou fundamental e esta frequência é a variável determinante para definir qual tipo de tratamento será dado ao vento na análise estrutural.
Para modelarmos o carregamento do vento nas estruturas, se faz necessário avaliar o seu modo de vibração e sua frequência natural correspondente, pois a ABNT NBR 6123:1988 diz que, “edificações com frequência fundamental menor do que 1Hz, o vento deve ser considerado como carregamento dinâmico e seus efeitos, levado em conta na verificação do conforto humano”. Os dados da figura abaixo foi extraído da ABNT NBR 6123:1988 com objetivo de definir o processo para determinar a forma de tratamento do carregamento do vento.
Através do processo abaixo, pode-se perceber que a primeira verificação na estrutura é a Análise Modal, pois ela determinará se o vento será tratado com carregamento dinâmico ou estático.
Portanto, sem a compreensão dos princípios básicos da Dinâmica das Estruturas, não tem como avaliar qualquer carregamento dinâmico, seja ele terremoto ou vento.
Na parte 02 desse assunto, será abordado a diferença nos esforços internos entre a análise estática e dinâmica, que já adianto, será surpreendente.
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