O vento natural é definido como o movimento do ar sobre a superfície terrestre que se origina através das variações na temperatura das massas de ar e consequentes oscilações da pressão atmosférica e pelo processo de radiação solar. (BLESSMANN, 2013).
Esse movimento de massas de ar, de acordo com Simiu e Scanlan (1996), pode ser descrito qualitativamente pela superposição de fluxos de ar interdependentes e caracterizados por escalas de comprimento que variam de poucos milímetros até milhares de quilômetros.
Com intuito de analisar tais fluxos, classificam-se os movimentos de massas de ar atmosférico através de escalas meteorológicas horizontais, cujos grupos se subdividem em micro escala, meso escala e macro escala, definidos a seguir:
a) micro escala: é a menor escala na ordem de importância meteorológica, cujos movimentos tem dimensões entre 1 metro e 1
quilômetro e a duração varia de 1 segundo até 1 hora. Nessa escala estão classificados, por exemplo, os processos de formação de gotas de chuva, a dispersão de poluentes, entre outros;
b) meso escala: o movimento do ar tem dimensões variando de 1 à 100 quilômetros e com duração de 1 hora até 1 dia. Nessa escala estão relacionados os fenômenos como tornados, tempestades, conjunto ou sistemas de nuvens, ilhas de calor ou brisas;
c) macro escala: são os fenômenos que mais afetam o cotidiano, apresentando dimensões acima de 100 quilômetros e durações maiores do que 1 dia. Estão enquadrados nessa categoria as frentes frias, furacões e ciclones.
No estudo dos aspectos meteorológicos do vento, usualmente dividem-se as componentes do vento na direção horizontal (norte/sul e leste/oeste) e na direção vertical (movimentos ascendente e descendente).
Muito embora a componente vertical tenha destaque no campo de estudos da meteorologia, para a observação dos fenômenos climáticos de formação de chuvas e precipitações, a componente horizontal do vento apresenta informações importantes sobre o mecanismo termodinâmico do ar atmosférico. Diante disso, essa componente é de grande relevância para o estudo da engenharia do vento, cujas implicações são observadas em diversas áreas de estudo, como no caso dos projetos de estruturas submetidos a um determinado fluxo de ar (OKE, 1987).
Na análise da componente horizontal do vento cabe listar as forças atuantes sobre as massas de ar e que constituem a mecânica do movimento do ar atmosférico:
força do gradiente de pressão;
força de Coriolis;
força centrífuga;
força de atrito;
No âmbito do projeto de estruturas submetidas à ação do vento, é de grande importância o conhecimento de algumas características do vento como, sua velocidade média e as flutuações com gradientes de velocidade. Essas flutuações se originam principalmente na agitação do fluxo de ar causado por interferências ou rugosidades, naturais ou artificiais, presentes na superfície da terra (BLESSMANN, 2013).
Em vista disso, a informação sobre a intensidade do vento adquire grande interesse principalmente no estimativo da força do vento correspondente à sua velocidade. Com intuito de estabelecer uma correlação entre as características do vento e a sua respectiva velocidade e efeitos na superfície terrestre, no início do século XIX foi criada a escala Beaufort. Essa escala classifica a intensidade dos ventos e os seus efeitos no mar e na terra.
A Tabela 1 apresenta os níveis de classificação, cuja equivalência com a velocidade do vento obedece a seguinte equação:
3 2 0,836 f
u B , (1)
em que 𝑢 é a velocidade do vento em [m/s] a 10 metros da superfície e 𝐵𝑓 é o número de Beaufort.
De acordo com Burton et al. (2011), tanto no aspecto geográfico quanto no aspecto temporal, uma das características mais marcantes do vento como um recurso natural é a sua variação.
Na macro escala a variação espacial descreve o fato de que há várias diferenças climáticas entre regiões ao redor do planeta, consequentemente há muito mais ventos em algumas localidades do que em outras.
Na micro escala e dentro de uma específica região climática, a variação é estabelecida pelas configurações geográficas e topográficas da localidade como, a proximidade com o oceano, a proporção entre oceano e a superfície territorial. Além dessas configurações, existe ainda a presença extensiva de vegetação e acidentes geográficos como, montanhas, depressões, planícies e vales, entre outras.
Também dentro da micro escala, a forte presença de vegetação de médio e grande porte como, árvores ou mesmo as construções podem alterar a trajetória e reduzir significativamente a velocidade do vento.
Tabela 1 – Escala Beaufort de classificação das características do vento
𝑩𝒇 Designação m/s km/h Efeitos na superfície
0 Calmo <0,3 <1 Fumaça sobe na vertical
1 Aragem 0,3 a
1,5 1 a 5 Fumaça indica a direção do vento 2 Brisa leve 1,6 a
3,3 6 a 11
Folhas de árvores se movem; moinhos começam a trabalhar
3 Brisa fraca 3,4 a
5,4 12 a 19
Folhas de árvores se agitam e bandeiras tremulam ao vento
4 Brisa
moderada
5,5 a
7,9 20 a 28
Poeira e pequenos papéis levantados; movem- se os galhos das árvores
5 Brisa forte 8,0 a
10,7 29 a 38
Movimentação de grandes galhos e árvores pequenas
6 Vento fresco 10,8 a
13,8 39 a 49
Movem-se os ramos das árvores; dificuldade em manter o guarda chuva aberto; ruído em fios de postes
7 Vento forte 13,9 a
17,1 50 a 61
Movem-se as árvores grandes; dificuldade em andar contra o vento
8 Ventania 17,2 a
20,7 62 a 74
Quebram-se galhos de árvores; dificuldade em andar contra o vento; barcos permanecem nos portos
9 Ventania forte 20,8 a
24,4 75 a 88
Danos em árvores e pequenas construções; impossível andar contra o vento
10 Tempestade 24,5 a
28,4
89 a 102
Árvores arrancadas; danos estruturais em construções 11 Tempestade violenta 28,5 a 32,6 103 a
117 Estragos generalizados em construções
12 Furacão >32,7 >118 Estragos graves e generalizados em construções
Fonte: <https://www.mar.mil.br/dhn/chm/meteo/refer/escala_beaufort.htm> Acesso em 20 de janeiro de 2017.
A representação da carga proveniente do vento em uma estrutura apresenta alta complexidade na sua modelagem matemática, posto que o fenômeno possui comportamento não determinístico. E, é para essa representação que podem ser
empregados métodos probabilísticos para determinação da carga do vento com maior confiabilidade e segurança.