DISCUSSÃO GERAL

Esse item é apresentado de forma diferente da usual em dissertações que seguem o formato tradicional, já que nesse caso este item deve conter referências de outros autores. No caso deste formato alternativo este item tem como objetivo compilar os principais pontos da discussão dos artigos com foco no objetivo geral da pesquisa, já que cada artigo tem seu foco específico. A discussão embasada e referenciada pode ser vista nos artigos.

4.1 Revisão bibliográfica sobre o tema

Para atingir os objetivos, o primeiro passo foi realizar revisão bibliográfica ampla sobre o coeficiente de arrasto em árvores. Na revisão bibliográfica foi possível verificar que há muita pesquisa no tema, mas devido a complexidade, os resultados ainda não são conclusivos.

Um dos primeiros aspectos destacados na revisão é o que diz respeito à influência da velocidade na força do vento. Nesse caso a principal questão colocada pelos autores é em relação ao expoente da velocidade no cálculo da pressão do vento. Esse expoente é dois no caso de aplicações em estruturas civis, mas alguns autores consideram que para árvores o mais adequado seria o uso de expoente menor (entre 1 e 2). Essa discussão ocorre porque diferente de estruturas civis, árvores são estruturas flexíveis, que se adaptam à passagem do vento e, dessa forma, tal velocidade teria menor influência. Os autores não convergem em relação a essa questão e a razão parece ser a diferença entre as árvores ensaiadas nas diferentes pesquisas. Em geral os autores que trabalharam utilizando túnel de vento concluíram que o expoente deveria ser inferior a dois, enquanto os que trabalharam com ensaios de campo concluíram que o expoente dois é adequado também para árvores. A diferença entre tais autores é, principalmente o fato de que em túnel de vento as árvores utilizadas são, em grande parte, muito jovens, e, portanto, muito mais flexíveis do que as árvores adultas ensaiadas pelos autores que utilizaram árvores vivas, diretamente no campo. Assim, após a leitura cuidadosa de todos artigos encontrados que tratam desse assunto, permite concluir que no caso de árvores adultas e mais rígidas, o uso do expoente dois no cálculo da pressão do vento é adequado.

Um ponto que pareceu ser unânime nos artigos é que o coeficiente de arrasto diminui conforme a velocidade do vento aumenta. No caso de autores que atingiram níveis maiores de velocidade do vento, adicionalmente também convergiram na conclusão de que essa queda no valor do coeficiente de arrasto se mantém até um determinado nível de velocidade, acima da qual o mesmo se torna constante. Não há como concluir a respeito do valor de velocidade desse ponto de inflexão, uma vez que os autores não trabalharam com as mesmas espécies nem com

o mesmo intervalo de velocidades. Todos os autores também concordam que a razão para esse comportamento é a capacidade de reconfiguração das árvores frente a ação do vento, devido à flexibilidade da copa, e que ao atingir o máximo da capacidade de reconfiguração o coeficiente se torna constante.

Na questão envolvendo a influência do número de Reynolds no coeficiente de arrasto há um número bem menor de pesquisas, e também menor concordância entre os autores. Alguns concluíram que o coeficiente de arrasto independe do número de Reynolds enquanto outros que o coeficiente de arrasto cresce com o crescimento do número de Reynolds. De nossa avaliação concluímos que a diferença nos resultados esteja mais relacionada com a faixa de número de Reynolds adotada em cada artigo, já que alguns autores provavelmente não tenham atingido velocidade suficiente para que o coeficiente de arrasto passasse a independer do número de Reynolds.

Em relação a análises estáticas ou dinâmicas das forças de arrasto em árvores, é indiscutível que análises dinâmicas sejam mais precisas para representar o comportamento real. No entanto, a complexidade dessas análises tem impedido ampliar seu uso e, considerando a importância de se ter algum dado, mesmo que incorrendo em imprecisões, as análises estáticas têm sido muito úteis para a comunidade científica. No entanto, foi possível vislumbrar pela revisão bibliográfica, que métodos computacionais de análise estrutural, tais como o de elementos finitos, serão ferramentas que, em um futuro não muito distante, permitirão viabilizar e ampliar o uso de análises dinâmicas da ação do vento em árvores.

Por fim, o foco da revisão bibliográfica foi na discussão de metodologias para a determinação do coeficiente de arrasto em árvores. Nesse ponto também foi possível verificar que há duas metodologias principais – uso de túnel de vento e ensaios de tração (pulling test) – mas metodologias envolvendo também simulações numéricas estão começando a surgir. Ficou bastante claro que há pontos fortes e fracos em cada uma das metodologias. No caso do túnel de vento o principal ponto forte é o melhor controle sobre a velocidade de vento a ser aplicada, permitindo considerar intervalos maiores e, assim, melhorar a análise do comportamento do coeficiente de arrasto com a velocidade do vento. Por outro lado, o ponto fraco dessa metodologia é a impossibilidade de se utilizar árvores completas (com raiz, tronco e copa) ou de maiores dimensões, ficando o ensaio, em geral, limitado a partes de árvores, ou árvores anãs ou árvores muito jovens. Tendo em vista a forte influência da flexibilidade da árvore nas forças de arraste, é de se esperar que haja comprometimento dos resultados. Essa debilidade é justamente a fortaliza dos ensaios de campo, nos quais o comportamento da árvore é mais real

e, portanto, as forças de arrasto podem ser melhor analisadas. No entanto, a debilidade está no cálculo da força do vento que está atuando, já que para isso é necessário depender de ventos reais, que devem ser mensurados simultaneamente com a mensuração dos deslocamentos da árvore. Para isso é necessário deixar equipamentos no campo e esperar ventos com velocidades adequadas, que permitam movimentações mensuráveis de árvores, o que nem sempre é factível.

Todos esses pontos destacados da revisão bibliográfica permitem, aos pesquisadores, conhecer os parâmetros que possam estar afetando a precisão de seus resultados.

4.2 Determinação do coeficiente de arrasto

O segundo objetivo do estudo foi reunir todas as informações obtidas na literatura nacional e internacional, sobre metodologias utilizadas para a determinação do coeficiente de arrasto e, com base na análise da viabilidade de ser utilizada nas condições disponíveis, adotar uma delas para ser aplicada, diretamente ou com adaptações.

Tendo em vista a conclusão, da etapa inicial, de que os resultados do coeficiente de arrasto seriam mais próximos do comportamento real da árvore em ensaio de campo, essa foi a metodologia adotada.

O ensaio de campo considerado mais exequível diante da estrutura disponível na universidade foi o de Koizumi et al. (2016). No entanto, a metodologia proposta pelos autores teve que ser adaptada, pois não seria viável deixar equipamentos em campo por período suficiente para que ventos de magnitudes significativas fossem captados. Algumas tentativas de mensuração da velocidade do vento foram realizadas durante um período, mas a magnitude dos ventos foi sempre insuficiente para que deslocamentos do tronco fossem captados pelos equipamentos. Assim, a adaptação realizada na metodologia foi a aplicação de dois ensaios de tração – um deles no fuste da árvore, para determinação do fator de rigidez do tronco e um segundo, com a carga aplicada nas proximidades do centro de gravidade da copa, para simular a ação do vento. O ensaio foi repetido em duas espécies Spathodea campulata e Khaya

ivorensis.

O comportamento linear dos gráficos de carga x deslocamento permitiram calcular o fator de rigidez das duas espécies, com valores coerentes com a pouca informação disponível.

Os coeficientes de arrasto (CD) mostraram tendência de redução com o aumento da força

de tração para as duas espécies ensaiadas. Para a Spathodea campanulata os valores de CD

foram inferiores, resultado compatível com a menor rigidez da madeira, que confere mais flexibilidade para os rearranjos frente ao carregamento. O comportamento do coeficiente de

arrasto com a variação da força de tração na copa pode ser representado pelo mesmo modelo de regressão para ambas espécies, sendo ambos estatisticamente significativos com 95% de nível de significância (P-valor < 0,05). Intervalos semelhantes de CD, em termos de ordem de

grandeza e de comportamento da variação com a velocidade, foram obtidos pelos diferentes autores estudados na revisão bibliográfica, validando, de forma preliminar, a metodologia simplificada proposta.