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VentoApp: Plataforma para Cálculo de Forças Devidas ao Vento (NBR 6123:2023)

Plano Técnico de Implantação e Arquitetura de Software

Este documento serve como especificação técnica detalhada para o desenvolvimento do VentoApp. Ele foi estruturado para guiar engenheiros de software e Modelos de Linguagem (LLMs) na codificação completa da plataforma, garantindo rigor normativo, responsividade multiplataforma (mobile/desktop), interatividade 3D orbital e precisão de cálculo.

1. Stack Tecnológica Recomendada

Para atender à exigência de rodar em dispositivos móveis e desktops com alto desempenho gráfico (3D) e capacidade offline, a arquitetura recomendada é baseada em web standards modernos:

  • Frontend Framework: React.js ou Vue.js (com TypeScript para garantir tipagem estática e evitar bugs matemáticos).
  • Build Tool: Vite (rápido e otimizado).
  • Engine 3D: Three.js com React Three Fiber (R3F) para controle declarativo do ambiente 3D, ou BabylonJS.
  • Estilização (UI/UX): Vanilla CSS ou Tailwind CSS, utilizando conceitos de glassmorphism, temas Dark/Light nativos e transições suaves de micro-interações.
  • Gerenciador de Estado: Redux Toolkit ou Zustand (Zustand é recomendado pela simplicidade em aplicações com intensa reatividade gráfica).
  • Banco de Dados Local (Offline): IndexedDB (via biblioteca Wrapper Dexie.js) para persistência de projetos no navegador do usuário sem necessidade de conexão imediata com o backend.
  • Geração de PDF: react-pdf ou jspdf combinada com html2canvas para renderização de relatórios altamente diagramados diretamente no cliente.
  • Módulos de Teste: Jest ou Vitest (essencial para validar as rotinas matemáticas de forma rigorosa).

2. Arquitetura de Software (Engine de Cálculo)

A Engine de Cálculo deve ser isolada da interface do usuário. Recomenda-se utilizar o padrão de projeto Strategy para desacoplar as regras de carregamento de vento de acordo com o tipo de estrutura geométrica.

Diagrama Conceitual de Classes/Módulos:

                  +--------------------------------+
                  |     Configuração Global        |
                  |  (V0, S1, S2, S3, Categoria,   |
                  |   Classe, Rugosidade, z)       |
                  +--------------------------------+
                                  |
                                  v
                  +--------------------------------+
                  |      Kernel de Pressão (q)     |
                  |   Calcula Vk e Dinâmica q      |
                  +--------------------------------+
                                  |
            +---------------------+---------------------+
            |                     |                     |
            v                     v                     v
   +-----------------+   +-----------------+   +-----------------+
   |  Calculadora    |   |  Calculadora    |   |  Calculadora    |
   |   Galpao        |   |   TorreTrel     |   |   SiloCilindro  |
   | (Strategy A)    |   | (Strategy B)    |   | (Strategy C)    |
   +-----------------+   +-----------------+   +-----------------+
            |                     |                     |
            +---------------------+---------------------+
                                  |
                                  v
                  +--------------------------------+
                  |   Conversor de Cargas Globais  |
                  |       e Coeficientes Locais    |
                  +--------------------------------+

3. Lógica e Modelagem Matemática (NBR 6123)

O Kernel do sistema deve programar rigorosamente as seguintes equações físicas:

3.1. Pressão Dinâmica Básica

  1. Velocidade Característica (V_k):

    V_k = V_0 \cdot S_1 \cdot S_2 \cdot S_3

    Onde:

    • V_0: Velocidade básica do vento (obtida do banco de dados de isopletas/municípios do Brasil ou inserida manualmente pelo usuário).
    • S_1: Fator topográfico (Fórmulas para taludes/encostas e vales conforme Seção 5.2 da norma).
    • S_2: Fator de rugosidade e dimensões (Equação exponencial: S_2 = b \cdot F_r \cdot (z/10)^p onde os parâmetros b, F_r e p dependem da categoria de rugosidade (I a V) e da classe da estrutura (A, B, C) conforme Tabela 2 da norma).
    • S_3: Fator estatístico (Valores discretos definidos conforme o grupo de ocupação da estrutura, variando de 0,83 a 1,10 conforme Tabela 3).

  2. Pressão Dinâmica (q):

    q = 0,613 \cdot V_k^2 \quad (\text{em } N/m^2 \text{ ou } Pa)

3.2. Mecanismo de Interpolação de Tabelas (NBR 6123)

Muitas tabelas da norma fornecem coeficientes de pressão externa (C_{pe}) discretos para relações geométricas específicas (ex: h/b = 0.5, 1.0, 2.0 e a/b = 1.0, 1.5, 2.0, 4.0).

  • A Engine de Cálculo deve implementar uma função de Interpolação Bilinear para mapear dados geométricos exatos inseridos pelo usuário.
  • Fórmula de Interpolação Bilinear: Dados quatro pontos conhecidos Q_{11}(x_1, y_1), Q_{12}(x_1, y_2), Q_{21}(x_2, y_1) e Q_{22}(x_2, y_2), a interpolação para o ponto (x, y) é dada por: f(x, y) \approx \frac{(x_2 - x)(y_2 - y)}{(x_2 - x_1)(y_2 - y_1)} f(Q_{11}) + \frac{(x - x_1)(y_2 - y)}{(x_2 - x_1)(y_2 - y_1)} f(Q_{21}) + \frac{(x_2 - x)(y - y_1)}{(x_2 - x_1)(y_2 - y_1)} f(Q_{12}) + \frac{(x - x_1)(y - y_1)}{(x_2 - x_1)(y_2 - y_1)} f(Q_{22})

4. Estrutura dos Módulos Geométricos

O app deve comportar o cadastro das seguintes estruturas físicas de forma independente:

4.1. Módulo Galpão Retangular (Edificações Correntes)

  • Entradas de dados necessárias:
    • Comprimento (a), Largura (b), Pé-direito lateral (h), Inclinação do telhado (\theta ou %).
    • Espaçamento entre pórticos principais (para linearização de cargas em pilares).
    • Espaçamento entre terças (para linearização de cargas no telhado).
    • Permeabilidade das paredes (área de abertura em cada uma das 4 fachadas e seleção de abertura dominante ativa para o cálculo de C_{pi}).
  • Lógica interna:
    • Mapeia as zonas de parede (A, B, C, D) e cobertura (E, F, G, H, I, J) conforme as Tabelas 4 e 5 da NBR 6123.
    • Calcula a pressão interna combinada C_{pi} (limites normativos +0,9 a -0,9, dependendo das aberturas).
    • Executa a combinação de cargas: p = (C_{pe} - C_{pi}) \cdot q.
    • Saída: Vetores de pressão local aplicados em cada região.

4.2. Módulo Torres de Linhas de Transmissão e Telecomunicações

  • Entradas de dados necessárias:
    • Altura da torre (H), largura da base (B_{base}), largura do topo (B_{topo}).
    • Número de tramos (módulos verticais).
    • Tipo de seção (Triangular ou Quadrada).
    • Perfis constitutivos (Cantoneiras de abas iguais ou Perfis Tubulares).
    • Taxa de solidez da treliça (\phi).
  • Lógica interna:
    • Determina o coeficiente de arrasto (C_a) para vento perpendicular e vento diagonal conforme Tabela 18 da norma.
    • Aplica fatores de blindagem caso haja painéis paralelos.
    • Calcula a força global por tramo usando a fórmula de força de arrasto: F = C_a \cdot q \cdot A_e (Onde A_e é a área efetiva projetada dos membros da torre).

4.3. Módulo Silos Cilíndricos e Reservatórios

  • Entradas de dados necessárias:
    • Diâmetro (D), Altura do cilindro (H), Tipo de cobertura (plana, cônica, calota esférica).
  • Lógica interna:
    • Calcula os coeficientes de pressão externa como função do ângulo de incidência do vento (\alpha, variando de 0^\circ a 180^\circ) conforme a Figura 16 da norma.
    • Aplica fatores de correção para relação H/D.

5. Visualização 3D Orbital e Experiência do Usuário (UI/UX)

A interface deve ser desenhada com o fluxo em etapas ("Wizard") e com o visualizador 3D acoplado:

5.1. O Visualizador 3D (Implementação WebGL)

  • Utilizar React Three Fiber para renderizar um modelo paramétrico da estrutura selecionada.
  • O modelo é gerado proceduralmente com base nos inputs de largura, comprimento, altura e inclinação.
  • Texturas Dinâmicas (Mapas de Pressão / Vertex Coloring):
    • Mapear as coordenadas 3D de cada polígono do modelo para a sua respectiva zona de pressão.
    • Pintar os polígonos usando um gradiente de cores:
      • Vermelho/Laranja: Altas pressões positivas (esforço empurrando para dentro da estrutura).
      • Azul/Roxo: Altas pressões negativas (sucção/arrancamento).
      • Verde/Cinza: Zonas neutras ou de baixa pressão.
    • Mostrar setas indicativas de força tridimensionais (vetores normais às superfícies) saindo ou entrando nas faces da estrutura de acordo com a hipótese de vento selecionada.

5.2. Interatividade no Modelo 3D

  • Controle Orbital: Rotação livre com botão esquerdo do mouse (desktop) ou arrastar com um dedo (mobile); Pan com botão direito/dois dedos; Zoom com scroll/pinch.
  • Raycasting para Inspeção: Ao clicar (ou tocar) em um polígono do modelo 3D, o sistema deve detectar a zona colidida e disparar uma gaveta de informações (Drawer lateral) mostrando o memorial de cálculo daquela face da estrutura.

6. Fluxo de Geração de Relatórios e Exportação de Dados

O aplicativo deve gerar memórias de cálculo profissionais em formato PDF e permitir a integração com outros softwares.

6.1. Memorial em PDF Ilustrado (Didático)

O PDF exportado deve seguir uma estrutura moderna com grid limpo:

  • Capa: Nome do projeto, dados do cliente, engenheiro responsável, ART/CREA, data e localização geográfica.
  • Fatores Globais: Tabela com valores e justificativas adotadas para V_0, S_1, S_2, S_3 e o valor resultante da pressão dinâmica de projeto (q).
  • Modelagem 3D Estática: Captura de tela gerada automaticamente pelo canvas do WebGL mostrando o mapa de calor de pressões para as principais hipóteses de vento.
  • Tabelas de Carga de Projeto: Planilhas detalhadas das pressões em cada parede e vertente de telhado para vento a 0^\circ e 90^\circ, combinadas com sobrepressão e sucção interna.
  • Equações Passo a Passo: Renderização de fórmulas matemáticas formatadas em LaTeX (com substituição numérica passo a passo) para fins de auditoria acadêmica.

6.2. Exportação de Dados para Softwares Estruturais

  • Ftool Integration: Exportação de um arquivo formato texto com extensão proprietária compatível com o Ftool, onde o pórtico representativo do galpão já vem desenhado com todas as cargas lineares distribuídas aplicadas sobre as barras.
  • Formatos Abertos: Exportação de dados das cargas em formato CSV/Excel ou arquivo JSON estruturado para que o engenheiro possa importar em sistemas internos ou outros softwares de cálculo estrutural tridimensional.

7. Estratégia de Testes e Validação de Confiabilidade

Para garantir que o aplicativo seja auditável e 100% confiável, a seguinte rotina de testes deve ser implementada no processo de CI/CD (Integração Contínua):

  • Testes de Unidade Matemáticos (Vitest/Jest):
    • Cadastrar uma suite de testes unitários baseados nos exemplos resolvidos de livros de referência (ex: "O Vento na Engenharia Estrutural", de J. Blessmann, ou manuais acadêmicos de vento em galpões).
    • O teste insere dimensões idênticas às dos exemplos e valida, casa decimal por casa decimal, se os coeficientes e pressões finais obtidos pela engine do app batem exatamente com as referências bibliográficas.
    • Qualquer alteração no código que altere os resultados de cálculo gera falha no build, impedindo a publicação de versões com erros de engenharia.
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