Para validação do modelo estrutural, utilizou-se o Regulamento de Segurança e Acções (RSA, 1983) que coincide com a regulamentação utilizada pela equipa projectista (Abecasis & Cima Gomes, 2012).
Na escolha do modelo estrutural para definição dos coeficientes de pressão exterior devida ao vento (cobertura isolada ou cobertura de edifício), o RSA refere que uma cobertura metálica com dimensões elevadas (apesar de suportada por elementos que, só por si, não constituem obstáculo ao escoamento do ar) produz restrição à circulação do ar, e como tal, os coeficientes de pressão devem ser determinados no contexto de cobertura de uma vertente num edifício. Chama-se a atenção que no RSA existem restrições geométricas que permitem caracterizar se a forma e dimensão de uma cobertura isolada afectam o escoamento do ar, nomeadamente (Brazão Farinha J.S.; Brazão Farinha M.; Brazão Farinha J.P., 2006):
a > b ; 0,5 ≤ ℎ 𝑏⁄ < 1,0
Figura 2.26 – Restrições geométricas para modelo de cobertura isolada (RSA, 1983)
Então, para efeitos de consideração da acção do vento segundo o RSA, o último piso constituído pela cobertura deverá ser indicado como continuação do bloco do edifício, (Abecasis & Cima Gomes, 2012).
Uma vez que os Eurocódigos estruturais, designadamente, a NP EN 1990, a NP EN 1991 e a NP EN 1998, actualmente substituem o RSA, decidiu-se considerar também as acções de projecto prescritas por esses novos regulamentos.
Uma das diferenças na implementação da acção do vento em coberturas isoladas, segundo o EC1, parte 1-4, é que não existem quaisquer restrições geométricas para o modelo de cobertura isolada. Consequentemente, de acordo com esse regulamento não existiram impedimentos em considerar-se a cobertura metálica como independente do edifício (isto é, como estando num “acidente topográfico” em forma de montanha). Porém, para efectuar uma comparação coerente entre os esforços determinados a partir dos diferentes regulamentos, optou-se em ambos que a cobertura é uma continuação do bloco do edifício.
2.6.1 Acções de cálculo
As acções e a correcta quantificação dos seus valores característicos foram estabelecidas tendo em atenção o RSA e a NP EN 1991, encontrando-se definidos e justificados em pormenor no Apêndice 1. Sintetizando, foram considerados as seguintes acções: i) acções permanentes (G) – peso próprio da estrutura, equipamentos e revestimentos; ii) acções variáveis (Q) – sobrecarga da cobertura (não acessível), acção do vento (W) e variação de temperatura (VUT).
Normalmente o vento foi a acção variável de base condicionante no dimensionamento das treliças
Vierendeel e dos pórticos estruturais, mas a sobrecarga predominou na verificação dos deslocamentos
(verticais) da estrutura.
No que respeita à acção do vento, não só as características da estrutura e o tipo de terreno devem ser considerados, mas também as características da região. Por isso, no Apêndice 3 apresenta-se uma análise comparativa dos territórios português e angolano.
Figura 2.27 – Perspectiva do local envolvente da estrutura (Google, 2012)
Para quantificação do vento sobre a estrutura, a equipa projectista considerou a zona B do território português (regiões numa faixa costeira até 5 km) e uma rugosidade aerodinâmica do solo do tipo II (zonas rurais e periferia de zonas urbanas) (Abecasis & Cima Gomes, 2012). No contexto do EC1, considerou-se também a zona B do território português (igual à adoptada pelo RSA); contudo, preconizou-se uma categoria de terreno I, indicada para zonas costeiras expostas aos ventos do mar (tipologia não considerada pelo RSA).
Na Figura 2.27, pode constatar-se que a estrutura está situada em ambiente costeiro e próxima de centro urbano, ao seu redor existem ruas largas, vegetação regular (arbustos de pequeno porte, relva, etc.) e edifícios vizinhos (várias categorias de terreno são possíveis, consoante a direcção do vento). Embora a separação entre obstáculos existentes na sua envolvente seja menor que vinte vezes a altura do edifício (espaço até certo ponto amplo, com baixa vegetação e edifícios de baixa altura), ao adoptar-se a categoria de terreno I (ou rugosidade do tipo II) presume-se que não existe uma protecção satisfatória do edifício aos ventos do mar. Esta decisão está em concordância com o preconizado pelo EC1 na Parte 1-4, em relação a construções situadas na proximidade de uma alteração de rugosidade de terreno, onde se preconiza utilizar a categoria de terreno menos rugosa.
Com base em mapas topográficos (FAO, 2006), conclui-se que a construção está implantada à beira mar, sobre uma escarpa com cerca de 10 metros (por vezes, existe uma transição mais suave condizente com um terreno inclinado, podendo alcançar 75 metros de extensão), e afastada numa distância horizontal de sensivelmente 20 metros do topo da vertente.
As forças devidas ao atrito do vento, apesar de pouco relevantes devido à superfície lisa do vidro, deverão ser consideradas atendendo às dimensões do edifício em estudo, já que as superfícies paralelas à acção do vento são sempre pelo menos o quádruplo das superfícies de barlavento e sotavento para qualquer direcção.
Uma vez que a frequência natural mais baixa da estrutura do edifício de betão (Hotal da Ilha do Cabo) é muito superior à frequência dominante da acção do vento, pelo que o efeito de ressonância é insignificante (Abecasis & Cima Gomes, 2012). Daí, é possível admitir uma resposta quase-estática da estrutura metálica da cobertura ao vento, isto é, o coeficiente dinâmico e o coeficiente de dimensão são iguais à unidade (coeficiente redutor do lado da segurança). Saliente-se que a largura e o comprimento
do edifício estão referenciados na planta de fundações da estrutura da cobertura e são homogéneos em altura, ver DESENHO Nº54.
Figura 2.28 – Configuração deformada do modo fundamental de vibração (frequência própria da estrutura)
Importa salientar que, ao efectuar-se uma análise modal da estrutura metálica da cobertura (estudo do comportamento dinâmico) verificou-se que o modo de vibração fundamental é de flexão (modelo de vibração de uma consola), não sendo relevante o efeito de torção do vento sobre a estrutura (ver Apêndice 1). A menor frequência de vibração da estrutura é igual a 3 Hz (período T=0,33 segundos), valor esperado atendendo às grandes dimensões dos vãos envidraçados.
2.6.2 Combinações de acções
As combinações de acções consideradas no cálculo são as estipuladas no RSA e na NP EN 1990, e só as mais desfavoráveis para os Estados Limites foram consideradas. Os coeficientes parciais e os factores redutores de combinação aplicados às acções, assim como os limites dos deslocamentos, estão definidos e justificados em pormenor no Apêndice 2.
Dado que a ocorrência de sobrecargas de reparação num período de vento intenso é um evento improvável, quando uma dessas acções é variável de base a outra não é variável acompanhante. A acção do vento foi considerada com direcção ortogonal ao comprimento e à largura do edifício, somente em uma direcção de cada vez, mas em qualquer sentido.
Para determinação dos esforços de cálculo relativos ao estado limite último de equilíbrio (perda de equilíbrio estático e deformação excessiva da estrutura), visto existirem duas acções variáveis distintas, a estrutura deve ser analisada para as duas combinações fundamentais descritas a seguir: Combinação 1 - Sobrecarga como acção variável de base da combinação:
𝐸𝑑,1 = 𝛾𝐺× 𝐺 + 𝛾𝑄× (𝑄 + 𝜓0,2× 𝑉𝑈𝑇) = 1,35𝐺 + 1,50 × (𝑄 + 0,6 × 𝑉𝑈𝑇) Combinação 2 - Vento como acção variável de base da combinação:
𝐸𝑑,2= 𝛾𝐺× 𝐺 + 𝛾𝑄× (𝑊 + 𝜓0,2× 𝑉𝑈𝑇) = 1,00𝐺 + 1,50 × (𝑊 + 0,6 × 𝑉𝑈𝑇)
Por forma a garantir condições aceitáveis de desempenho da estrutura em serviço, deve verificar-se que os deslocamentos (verticais ou horizontais) da estrutura são menores ou iguais aos limites recomendados na NP EN 1990 ou na NP EN 1993 para o estado limite de utilização. Consoante o requisito de utilização, deverão ser consideradas as combinações seguintes: para verificação da flecha limite no revestimento da cobertura (adequadas condições de drenagem de água) deverá utilizar-se a combinação rara; a inclinação da drenagem na cobertura é verificada com base na combinação frequente; a verificação da flecha limite de aparência é efectuada para a combinação quase- permanente.
A estas combinações correspondem as expressões seguintes:
Combinação rara - Sobrecarga como acção variável de base da combinação: 𝐸𝑑,3= 𝐺 + 𝑄 + 𝜓0,2× 𝑉𝑈𝑇 = 𝐺 + 𝑄 + 0,6 × 𝑉𝑈𝑇
Combinação frequente - Vento como acção variável de base da combinação (praticamente só acções permanentes):
𝐸𝑑,4 = 𝐺 + 𝜓1,1× 𝑊 + 𝜓2,2× 𝑉𝑈𝑇 ≈ 𝐺
Combinação quase-permanente – Exclusivamente acções permanentes (desprezáveis os efeitos das acções variáveis):
𝐸𝑑,5 = 𝐺