aspectos construtivos para residÊncias de baixo...

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


VENTOS FORTES


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


VENTOS FORTES


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


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


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


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


Ligações rígidas. .......................................................................................................... 98


e duplos nas laterais - Ligações rotuladas. .................................................................. 99


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













xiii



Figura 85 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Telhado íntegro -

Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão. .................................................. 108




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 0º - Sucção. ............................................................ 110




Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção. .......................................................... 111



Figura 93 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura antiga – Abertura dominante -


Figura 94 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura antiga – Abertura

dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão. ............................... 112




dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão. ............................. 113




dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sucção. ......................................... 114




dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção. ....................................... 115

Figura 101 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado íntegro -


xiv

Figura 102 – Diagrama de momentos e reações de apoio: Estrutura nova – Telhado íntegro -






Figura 105 – Diagrama de cargas distribuídas: Estrutura nova – Telhado com abertura


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




abertura dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção .......................... 119








abertura dominante - Velocidade de 43 m/s – Vento a 90º - Sucção. ......................... 121








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



Sucção. ...................................................................................................................... 125



................................................................................................................................... 126



Sobrepressão. ............................................................................................................ 126


Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º - Sucção. ... 127



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


longos e duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s

– Vento a 90º - Sobrepressão. ................................................................................... 128


duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a

90º - Sucção. ............................................................................................................. 129


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


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




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.

39

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


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


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



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


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).


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.


Gregorio et al, 2018).


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



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


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.


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





P23 Reprovado na verificação à flexão oblíqua - BS 5628-2 item 8.3.3

Demais paredes OK

P11

P14, P15, P16, P18, P20


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).


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


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).


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.


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





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).


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


60 m/s





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:


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


60 m/s


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

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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


Ligações rotuladas.


Ligações rígidas.

99


e duplos nas laterais - Ligações rotuladas.


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



103


abertura dominante.


abertura dominante.

104



105


abertura dominante.


abertura dominante.

106



107


abertura dominante.


abertura dominante.

108

APÊNDICE A5


Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão.



109





110


Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sucção.



111





112




dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sobrepressão.

113





114




dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 0º - Sucção.

115





116





117





118




abertura dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sobrepressão.

119




abertura dominante - Velocidade de 35 m/s – Vento a 90º - Sucção

120





121




abertura dominante - Velocidade de 43 m/s – Vento a 90º - Sucção.

122





123




abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sucção.

124





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.


longos - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 50 m/s – Vento a 90º - Sucção.

126





Sobrepressão.

127


Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º - Sucção.


longos - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º - Sucção.

128


duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º

- Sobrepressão.


longos e duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s –

Vento a 90º - Sobrepressão.

129


duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s – Vento a 90º

- Sucção.


longos e duplos nas laterais - Telhado com abertura dominante - Velocidade de 60 m/s –

Vento a 90º - Sucção.

aspectos construtivos para residÊncias de baixo...

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