Visualventos Tutorial

VISUALVENTOS: PROGRAMA PARA CÁLCULO DE ESFORÇOS DEVIDO AO VENTO

Juliana Ana Chiarello, Zacarias M. Chamberlain Pravia Universidade Universidade de Passo Fundo - UPF Campus São José – CEP 99001-970 – Passo Fundo/RS [email protected], [email protected] 

Resumo.  Na engenharia estrutural é quase

impossível ignorar os avanços tecnológicos da informática, um profissional que utiliza um  software para realizar seus projetos ganha tempo e se permite realizar o cálculo de estruturas mais complexas obtendo resultados mais precisos. Porém a maioria dos  programas trabalham com sistema fechado (como “caixa preta”) fornecendo resultados que podem ou não ser confiáveis dependendo do modo como os dados são cadastrados. Cabe ao engenheiro possuir a capacidade de analisar se os resultados do programa são, ou não coerentes. Deste modo é importante que as ferramentas computacionais sejam didáticas e sirvam também de referência teórica.Com base nestes conceitos é que decorre o projeto Etools – UPF que vem desenvolvendo ferramentas computacionais educacionais para dimensionamento de estruturas. Os programas desenvolvidos estão  sendo utilizados como ferramenta de ensino  por professores de engenharia e arquitetura de modo a motivar e estimular os alunos de  graduação para o estudo de sistemas estruturais, como também facilitar a visualização e compreensão dos mesmos com respeito a fenômenos físicos envolvidos nos cálculos de dimensionamento. Está didática esta tornando o aprendizado mais dinâmico, interativa e eficiente. Neste trabalho apresenta-se o programa VisualVentos, que  proporciona o cálculo de forças devido ao

vento em edificações industriais com planta retangular e telhado a duas águas, considerando as recomendações da norma brasileira NBR6123/88. Palavras-chave:    Ferramenta

educacional,

 Forças devidas ao vento

1. INTRODUÇÃO O VisualVentos é mais um programa desenvolvido no âmbito do projeto Etools, tendo como objetivo principal realizar o cálculo de forças devido ao vento ao vento em edificações com planta retangular e telhado duas águas. Os procedimentos para desenvolvimento dos algoritmos de cálculo do  programa foram realizados com base nas exigências da NBR 6123/88. A utilização desta ferramenta agiliza o processo manual de dimensionamento, bem como proporciona aos alunos de graduação maior motivação para estudar e discutir conceitos e assuntos referentes às disciplinas de estrutura, ou até mesmo profissionais, que queiram se adequar às novas exigências de norma, podem fazer uso da mesma.

2. APRESENTAÇÃO DO VISUALVENTOS Desenvolvido em linguagem Delphi, com  base na plataforma Windows, o software

trabalha utilizando menus em abas, permitindo a visualização da seqüência lógica de funcionamento e de cadastro de dados, como  podemos observar na Fig. 1.

Figura 2 – Tela da velocidade básica do vento

Figura 1 – Interface principal Cada aba ativada abre uma janela que exige do usuário o fornecimento de valores, que devem ser digitados ou selecionados, para que posteriormente sejam associados ao cálculo das cargas de vento. Os principais dados a serem cadastrados são referentes às dimensões da edificação, bem como as áreas de suas respectivas aberturas (Fig. 1), velocidade básica do vento, fatores topográfico, de rugosidade do terreno e estático.  Na determinação da velocidade básica do vento o usuário pode utilizar-se de um mapa do Brasil que demonstra as isopletas de várias regiões brasileiras, sendo que o valor adotado deve corresponder a isopleta da região em que a construção encontra-se localizada, como mostra a Fig. 2.

A próxima aba nos permite fazer a escolha do fator topográfica S1, o qual é determinado com base nas variações de relevo do terreno onde a edificação se encontra ou ainda, se esta estiver situada em um talude ou morro, o usuário deverá fornecer características mais específicas sobre o terreno e então o sistema calculará a valor de S1, como demonstra a Fig. 3.

Figura 3 – Tela para determinação do fator S1 O próximo passo consiste na obtenção do fator de rugosidade S2, que considera o efeito combinado do terreno, da variação da velocidade do vento com a altura acima do

terreno e das dimensões da edificação.Isso é melhor ilustrado na Fig. 4.

Figura 6 – Coeficientes de pressão externa nas  paredes Figura 4 – Tela para determinação do fator S2 O fator estatístico S3 é baseado em conceitos estáticos e considera o grau de segurança requerido e a vida útil da edificação, mostrado na Fig. 5.

Figura 7 – Coeficientes de pressão externa no telhado

Figura 5 – Tela para determinação do fator S3 Após todas as informações serem fornecidas pelo usuário, o software procede com os cálculos e os resultados são demonstrados nas abas seguintes. Resultados referentes aos coeficientes de pressão externos das paredes (Fig. 6) e do telhado (Fig. 7) da edificação, com análise do vento a zero e 90°.

Os coeficientes de pressão interna poderão ser escolhidos baseado nas aberturas dominantes e na impermeabilidade das faces, ou calculada fundamentando-se nas áreas das aberturas especificadas ainda no dimensionamento da edificação, como mostra Fig. 8.

Figura 8 – Coeficientes de pressão interna

Figura 10 – Esforços resultantes

Posteriormente o programa ilustrará e calculará as piores combinações de ações bem como os valores da ação devido ao vento das mesmas (Fig. 9 e 10).

Os procedimentos de cálculo adotados  pelo programa podem ser visualizados detalhadamente nos resultados, Fig. 11.

Figura 11 – Resultados Figura 9 – Combinação dos coeficientes de  pressão

O sistema ainda apresenta uma ajuda contextual que foi desenvolvido a fim de auxiliar o usuário em questão referente à teoria, procedimento de cálculo adotado no  programa e especificações de como os dados devem ser cadastrados. Pode ser acionada a qualquer momento simplesmente clicando-se no botão de “Ajuda”.

Figura 12 – Ajuda contextual Quaisquer dúvidas referentes à nomenclatura das variáveis adotadas no  programa, podem ser sanadas nas “Notações”, onde é descrito de forma objetiva o significado de cada uma destas.

Figura 13 – Visualização das notações O sistema já esta sendo utilizado como ferramenta de ensino por professores de engenharia ou arquitetura de modo a motivar e estimular os alunos de graduação, como também facilita a visualização e compreensão dos mesmos com respeito a aspectos associados à ação do vento em sistemas estruturais. Agradecimentos

A FAPERGS (Fundação de Apoio a Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul) que

através das bolsas de iniciação cientifica oferecidas nos anos de 2000 a 2001 (processo 01507023), 2002 a 2003 (processo 99506823) e 2003 (processo 01507023)  permitiu o andamento e crescimento qualitativo do  projeto de desenvolvimento de ferramentas computacionais para ensino de engenharia desenvolvido no núcleo Etools do LAMEC (Laboratório de Métodos e Computação Gráfica Cientifica) da Faculdade de Engenharia e Arquitetura da Universidade de Passo Fundo.

3. CONSIDERAÇÕES FINAIS O desenvolvimento desta pesquisa ressalta a importância do emprego de ferramentas computacionais nos cursos de engenharia e arquitetura. Permite demonstrar um aproveitamento mais eficiente dos alunos da graduação, visto que estes passam a compreender com mais clareza o comportamento dos sistemas estruturais, bem como os fenômenos físicos envolvidos no cálculo dos mesmos. Assim como as demais ferramentas computacionais desenvolvidas no projeto Etools – UPF, o programa VisualVentos, por ter uma interface gráfica simples e amigável, é uma ferramenta educativa didática capaz de tornar o aprendizado, referente ao cálculo dos esforços devido ao vento, mais dinâmico e interativo.

4. REFERÊNCIAS [1] Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Forças devidas ao vento em edificações – NBR 6123:1988. ABNT, Rio de Janeiro, 1988. [2] Chamberlain Pravia, Z.M., E., Drehmer, G.A. Estruturas de Aço. Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo, 2002.