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notícia 18/05/2017

Torres altas e esbeltas: desafio para a engenharia civil

Ronaldo Battista, especialista em dinâmica de estruturas, tratou dos desafios de projetar uma torre de testes de elevadores de alta velocidade. Foto: Fernando Alvim.
Ronaldo Battista, especialista em dinâmica de estruturas, tratou dos desafios de projetar uma torre de testes de elevadores de alta velocidade.
Foto: Fernando Alvim.

Turbinas de energia eólica, torres de observação, edifícios e outras torres altas e esbeltas podem parecer obras simples, porém, expostas ao vento de grandes altitudes, exigem maiores cuidados e diversos testes para garantir resistência. Para falar de Projeto estrutural e estabilidade aerodinâmica de torres de concreto de grande altura e esbeltez, a Divisão Técnica de Estruturas (DES) e a Diretoria de Atividades Técnicas (DAT) convidaram o engenheiro civil e professor colaborador da Coppe/UFRJ Ronaldo Carvalho Battista, em palestra em 3 de maio, no Clube de Engenharia. O evento contou ainda com apoio do Instituto Brasileiro de Concreto (Ibracon) e da Associação Brasileira de Engenharia e Consultoria Estrutural (Abece).

São consideradas torres esbeltas as visivelmente altas e finas. A esbeltez é calculada na proporção entre altura e seção de uma estrutura; com um coeficiente alto, a torre é alta e esbelta. Segundo o professor, as particularidades de cada torre - seja ela cilíndrica, ou piramidal, ou se o seu diâmetro não se altera ao longo da altura - exigem diferentes cálculos para garantir a estabilidade. "Os modelos de cálculo e procedimentos utilizados para projetos de estruturas sob ação das forças de vento são muito mais complexos do que os modelos simplificados apresentados nas normas de projeto", afirmou. Ele focou na sua experiência com o projeto de uma torre de testes de elevadores de alta velocidade, ainda não construída. A torre em questão tem comprimento e largura de 12 e 11 metros, e 112 de altura no total, tendo, no topo, um observatório e a casa de máquinas.

Com o exemplo foi possível, ao longo da palestra, passar por pontos como concepção estrutural da torre e sua fundação; aspectos de projetos construtivos; procedimentos de ensaios em túnel de vento; modelagem teórico-experimental das forças do vento; análise aerodinâmica da estrutura sob a ação do vento em escoamento suave e turbulento; e, por fim, avaliação do desempenho e da estabilidade aerodinâmica do sistema estrutural.

Particularidades de uma torre de teste de elevadores
Com mais de 100 metros de exposição ao vento, a estrutura foi projetada para ter os cantos arredondados e assim amenizar os efeitos da aerodinâmica. Um dos desafios foi lidar com os diferentes pesos que a torre teria ao longo de sua estrutura: são cinco tipos de andar, com distintas formas e tamanhos. Alguns cálculos, em virtude disso, precisam ser acrescentados aos que os softwares utilizados oferecem, esclareceu o professor.

Fator vento
Um dos principais fatores a ser estudado para torres altas e esbeltas é o vento: é preciso saber os aspectos climáticos do local, os perfis de velocidade média do vento e perfis verticais de intensidade de turbulência. A norma técnica a ser consultada é a NBR 6123, a respeito das forças devido aos ventos em edificações. Também é importante fazer a medição em várias estações no entorno, e procurar o registro anual de velocidade máxima do vento na região. No caso, foram analisados os registros de 1973 a 2012. Com os dados do vento, testa-se a resistência de um modelo construído, uma espécie de miniatura da estrutura, fazendo os ensaios em túnel de vento e dinâmica computacional. É importante, para os testes, também reproduzir a topografia da região.

Segundo Ronaldo Battista, no caso em que a seção é variável (diferentes tamanhos dos andares), em cada estágio vai incidir uma velocidade crítica distinta, dependendo do seu diâmetro. É preciso um trabalho teórico para estabelecer uma correlação espacial ao longo da altura, e montar corretamente as diversas seções para o teste.

Conforto humano
No caso da torre para testes de elevadores, que transportaria pessoas, tendo garantidas resistência e segurança, também é importante fazer a análise do conforto humano. Levam-se em consideração os picos de aceleração lateral no topo da torre e as recomendações da Parte 2 da ISO 2631. Também são utilizados os seguintes parâmetros: valores admissíveis para pessoas em repouso, valores admissíveis para pessoas em serviço de manutenção, e limiar de percepção humana. Segundo Ronaldo Battista, este último critério é infalível.

Para acessar o Power Point da palestra, clique aqui.