Aplicação do Método do Vento Sintético

A forma como o métodoapresentado foi aplicado na presente monografia será discutida neste item. Para determinação dos carregamentos de vento a serem considerados na estrutura um programa em Fortran foi desenvolvido, nomeado aqui VENTO SINTÉTICO. Ele é o responsável por gerar um conjunto de carregamentos, cada um com 11 harmônicos com ângulos de fase aleatórios, e fornece como dados de saída a evolução temporal de cada um deles. Ele se encontra integralmente reproduzido no Anexo 1.

Ademais, quando da aplicação do método em edifícios com geometria regular, é relativamente simples determinar a soma das contribuições dos harmônicos para cada pavimento baseando-se na altura de rajada de cada um deles. Para tal, um programa, que será chamado FORÇAS PRÉDIO VS, apresentado no Anexo 2, foi elaborado. Ele apresenta como dados de saída a evolução temporal da força horizontal total (ou seja, já considerando todos os harmônicos) a ser aplicada em cada pavimento.

Muito embora as etapas realizadas pelos códigos sejam extremamente importantes e as de maior interesse do ponto de vista teórico, resultados reais só podem ser obtidos depois de uma fase de análise estrutural. Para tanto, um software comercial de Elementos Finitos foi utilizado.

O programa de escolha se chama Code_Aster (Figura 10): um software “open- source” desenvolvido por uma empresa francesa, Electricité de France (EDF). A decisão por sua utilização foi pautada em sua disponibilidade gratuita na versão plena, e na experiência prévia do autor em sua utilização. Qualquer outra ferramenta similar poderia ter sido igualmente utilizada.

Figura 10 - Logotipo do software de elementos finitos Code_Aster

Fonte: Site do software Code_Aster (https://www.code-aster.org)

Desta maneira, o primeiro procedimento para a implementação do método apresentado constitui-se em uma articulação entre os programas desenvolvidos, a partir dos quais a evolução temporal das forças a serem aplicadas é calculada, e o software Code_Aster, no qual as forças em cada pavimento determinadas

previamente são aplicadas a um modelo em Elementos Finitos, caracterizando um certo “processo controlado”.

O segundo procedimento é totalmente automatizado, lançando-se mão do software comercial de análise estrutural CAD/TQS (Figura 11), o qual apresenta uma opção de análise baseada no Método do Vento Sintético. Ao final, os resultados dos dois procedimentos serão comparados entre si.

O TQS é um software nacional de projeto de estruturas de concreto, amplamente utilizado para projetos no país. Devido à sua versatilidade em termos de opções de análise e da confiabilidade de seus resultados ele foi escolhido para checar os resultados obtidos. A seguir, uma breve descrição de como utilizar sua opção de análise com o módulo do vento dinâmico, que é baseado no Método do Vento Sintético, será feita.

Figura 11 - Logotipo do software CAD/TQS

Fonte: Site do software CAD/TQS (https://www.tqs.com.br)

Primeiramente, o lançamento da estrutura e o modelo de pórtico espacial já devem ter sido gerados. Deve-se, então, entrar no visualizador de análise dinâmica do pórtico espacial e selecionar a opção de análise com histórico no tempo (Figura 12).

Figura 12 - Aba de análise dinâmica no TQS

Fonte: Autor, 2020

Para tal, os modos de vibração da estrutura já devem ter sido calculados. Nenhuma indicação explícita com relação ao número de modos a se calcular é feita no método. No entanto, adota-se o mesmo tipo de preconização de análises dinâmicas, que consiste em se estipular um número de modos tal que pelo menos 90% da massa modal da estrutura seja mobilizada pelos modos de vibração considerados.

Após clicar na opção selecionada, uma nova janela com diversas abas será aberta. A primeira delas contém informações básicas sobre como fazer a análise desejada. Para lhe dar continuidade, basta seguir a sequência. A seguir, será dado um enfoque nas abas que necessitam de maior grau de explicação.

O primeiro conjunto de dados recebe o título de “Vento”. A Figura 13 apresenta algumas informações iniciais que devem ser preenchidas:

– A velocidade básica, determinada a partir da NBR 6123:1988;

– A duração das rajadas, aqui recomendada de 600s, seguindo a preconização de Franco (1993). Caso se adote uma duração inferior a 600s corre-se o risco de o carregamento não ser representado de forma adequada;

– O ponderador de rajada, tomado como 1 (que é apenas um fator de multiplicação dos carregamentos, correspondendo, por exemplo a um coeficiente de segurança normativo);

– O tipo de correlação da rajada, que pode ser “Linear” ou “Exponencial”. Caso “Linear” seja escolhido o coeficiente de correlação apresentado no item 3.2 será calculado tomando-se sua aproximação linear. Caso contrário, e função exponencial exata será utlizada;

– A forma de apresentação dos resultados, que pode ser dada em deslocamentos ou em esforços.

Figura 13 - Dados inicias a serem fornecidos para a análise

Fonte: Autor, 2020

Em seguida, deve-se adicionar as rajadas de vento propriamente ditas (Figura 14). Como afirmado anteriormente, o número de harmônicos mínimo por caso de carregamento de vento é de 11, e segundo a NBR 6123:1988 deve-se considerar no mínimo os quatro casos de vento em direções ortogonais. Para as rajadas deve-se definir:

– O centro de rajadas, comum a todas as rajadas de um mesmo caso de vento, que é selecionado de maneira gráfica na parte inferior da janela;

– O caso de vento, que deve ter sido previamente definido durante a criação do edifício, de cada rajada;

– O nó ou barra para determinação do vento característico;

– O grau de liberdade para aplicação da rajada (aqui 0 indica a direção do vento em consideração, 1 indica a direção X global e 2 indica a direção Y global).

Figura 14 - Entrada de dados das diferentes rajadas a serem consideradas na análise

Fonte: Autor, 2020

Em seguida, clica-se no botão “Calcular” e prossegue-separa a aba seguinte. As abas “Carregamento” e “Excitações” servem somente para verificar os carregamentos obtidos através do Método do Vento Sintético e onde eles estão sendo aplicados na estrutura.

Vale ressaltar que para rajadas diferentes de um mesmo caso de vento as componentes de um mesmo harmônico são diferentes, tal como explicitado na Figura 15 e na Figura 16, para o harmônico 1 das rajadas 1 e 2. Isso é esperado, já que, mesmo que a amplitude do harmônico seja a mesma, seu ângulo de fase é tomado de forma aleatória para cada uma das rajadas.

Figura 15 - Harmônico 1 da rajada 1

Fonte: Autor, 2020

Figura 16 - Harmônico 1 da rajada 2

Fonte: Autor, 2020

A aba “Combinações” permite fazer combinações com diferentes casos de vento. Por fim, na aba “Resultados” (Figura 17) pode-se visualizar os resultados da análise para cada um dos harmônicos ou para o carregamento como um todo (o que é o caso da figura). Para tal, seleciona-se o caso de carregamento desejado, o intervalo de tempo de interesse, o diagrama selecionado (deslocamento, velocidade ou aceleração) e o nó de interesse. Então, clica-se em “Calcular” e o resultado é exibido na tela. Esse resultado pode ser copiado como imagem ou exportado como arquivo .dwg. Ele não pode, no entanto, ser obtido em forma de tabela com valores.

Figura 17 - Resultados no TQS

Fonte: Autor, 2020

Essa breve descrição da utilização do método no TQS foi feita com o intuito de ser didática e tornar sua utilização mais fácil para um leitor interessado e chamar atenção para alguns pontos importantes que podem causar dúvida.

Sendo o TQS uma ferramenta muito potente e confiável para análise estrutural, ele foi usado para comparação com os resultados advindos do processo manual já citado (aplicação conjunta dos programas escritos e do Code_Aster).

4. GERAÇÃO DE ACELEROGRAMAS ARTIFICIAIS