Ação estática do vento em tensoestruturas

Abstract

O objetivo desta tese de doutorado é contribuir para o estado da arte em tensoestruturas, especificamente no que se refere à ação estática do vento sobre algumas estruturas cônicas de coberturas. Sete modelos rígidos de estruturas de membrana cônicas com um pico sem cone de fechamento no topo, um modelo com um pico e cone de fechamento no topo, um modelo com dois picos e outro com três picos foram ensaiados no túnel de vento do Laboratório de Aerodinâmica das Construções da Universidade Federal do Rio Grande do Sul – LAC/UFRGS. Os coeficientes de pressão interna, externa e resultante de todos os modelos foram obtidos a partir dos ensaios dos modelos em túnel de vento e calcularam-se, então, as forças estáticas que devem ser utilizadas no cálculo e dimensionamento destas estruturas. Observou-se que os valores máximos de sucção e sobrepressão calculados ocorreram com maior freqüência com os ângulos de incidência do vento de 30º e 0º e que a maior parte da superfície dos modelos ensaiados não está sujeita a picos severos de sucção ou sobrepressão. Foram testadas algumas opções de aglutinação de tomadas para obtenção de coeficientes de forma e simplificação do carregamento aplicado, mas observou-se que o resultado não representa bem a realidade por ser aplicável apenas em situações de baixo gradiente de pressões. Buscou-se resumir os resultados dos ensaios com os modelos de dois e três picos com o cálculo de fatores de redução, mas não foi possível devido à grande variabilidade dos valores dos coeficientes de pressão. Nestes modelos, observou-se, em geral, um aumento da sobrepressão e uma redução da sucção nos picos localizados a sotavento. Os carregamentos obtidos dos experimentos foram aplicados em uma tensoestrutura de um pico no programa LightsGiD com visualização de gráficos nos programas AutoCAD e GiD, e o resultado foi comparado com valores de carga utilizados por algumas empresas que não realizam testes em túnel de vento antes da construção de seus projetos de coberturas com membrana. As tensões principais na membrana e as forças nos cabos de borda com a aplicação dos carregamentos obtidos nos ensaios apresentam, em geral, valores inferiores aos resultados obtidos com as cargas distribuídas utilizadas quando não são realizados experimentos. A aplicação na maioria dos casos de coeficientes de pressão incorretos nos projetos faz com que os riscos de acidentes provocados pela ação do vento sejam maiores. Para melhorar a precisão dos dados que estão sendo usados como carregamento de vento em tensoestruturas é necessário disponibilizar mais informações, especialmente para os projetos menores em que testes em túnel de vento não são economicamente viáveis e não há tempo hábil para sua realização. Para atingir esta meta, mais séries de testes em túnel de vento devem ser feitas com configurações típicas, metodologia clara e divulgação de resultados. Uma vez que existam dados suficientes publicados, estes poderiam ser utilizados para a elaboração de normas específicas com orientações para projeto, construção e manutenção de estruturas de membrana. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The goal of this thesis is to contribute to the state of the art in tension structures, specifically with regard to the static wind action on some conical roof structures Seven rigid models of conic shaped membrane structures without closing the top, a conic model with a cone to close its top, a two and a three bay arrangements were tested in the wind tunnel at Laboratório de Aerodinâmica das Construções at Universidade Federal do Rio Grande do Sul – LAC/UFRGS. Internal, external and net pressure coefficients for all models were obtained from wind tunnel tests and static forces were calculated to be used in the design of these structures. It was observed that the maximum calculated values of suction and pressure occurred more frequently with the wind directions of 30º and 0º and that most of the surface of the models tested is not subject to severe peaks of suction nor pressure. Some options of averaging pressure coefficients over larger areas were done to simplify the applied loads, but it was observed that the result did not represent reality because it is applicable only in situations of low pressure gradient. To summarize the results of tests with two and three bay arrangements, the calculation of reduction factors was tried, but it was not possible due to the large range in the values of the pressure coefficients. In these models, in general, there was an increase of pressure and a decrease of suction in the peaks located downwind. Loadings obtained from the experiments were applied on a conic shaped fabric roof using LightsGiD program with results seen in AutoCAD and GiD programs. These results were compared with load values used by some companies that do not make wind tunnel tests before construction of their membrane roofing projects. Principal stresses in the membrane and forces in the cables with the application of loads obtained from the tests presented, in general, lower values than results shown with distributed loads used when experiments are not performed. The application in most cases of incorrect pressure coefficients in projects means that the risk of accidents caused by wind is larger. To improve the accuracy of the data being used as wind load on fabric roofs it is necessary to provide more information, especially for smaller projects since for these, wind tunnel tests are not economic or possible within the time-scale. To achieve this goal, more series of wind tunnel tests should be done with typical configurations, clear methodology and released results. Once there is sufficient data published, they could be used for the development of codes and standards with specific guidelines for design, construction and maintenance of membrane structures.