Caracterização aerodinâmica das forças laterais devidas a desprendimento de vórtices em edificações esbeltas de seção retangular

Abstract

O projeto de uma estrutura esbelta exige o conhecimento dos fatores ambientais que venham a impactá-la estatica e dinamicamente. No caso desse tipo de estrutura, a ação do vento é um fator determinante a ser considerado na avaliação do comportamento estrutural na sua fase de projeto. Nesse sentido, um fenômeno dinâmico importante relacionado à ação do vento em estruturas é o desprendimento de vórtices. Ao longo dos anos as pesquisas sobre o tema avançaram com o intuito de caracterizar o fenômeno, estimar suas ações e mitigar seus efeitos. Diante desse contexto, diversos pesquisadores vêm empenhando esforços para propor metodologias e procedimentos técnicos que façam previsões suficientemente precisas a respeito das respostas que a estrutura pode apresentar quando submetida às condições do fenômeno de desprendimento de vórtices, seja a estrutura de seção circular, retangular ou qualquer outra. Quando se trata de estruturas de seção retangular os estudos ainda necessitam ser mais explorados, frente a isso, o presente trabalho busca abordar o fenômeno para o caso destas estruturas com o intuito de contribuir com a caracterização aerodinâmica das forças laterais provenientes do fenômeno de desprendimento de vórtices. A partir da análise dos dados extraídos de cada modelo estudado foi possível a obtenção dos coeficientes r.m.s. da força lateral e dos espectros da força lateral possibilitando assim a caracterização das relações dimensionais de estruturas de seção retangular e sua suscetibilidade em sofrer os efeitos do desprendimento de vórtices.

The design of a slender structure requires knowledge of the environmental factors that can statically and dynamically impact it. In the case of this type of structure, wind action is a crucial factor to be considered in the evaluation of structural behavior during the design phase. In this regard, an important dynamic phenomenon related to wind action on structures is vortex shedding. Over the years, research on this topic has advanced with the aim of characterizing the phenomenon, estimating its effects, and mitigating its consequences. In this context, numerous researchers have been making efforts to propose methodologies and technical procedures that provide sufficiently accurate predictions regarding the responses that a structure may exhibit when subjected to vortex shedding conditions, whether the structure has a circular, rectangular, or any other cross-section. When it comes to structures with rectangular cross-sections, studies are still scarce. Therefore, this study aims to address the phenomenon specifically for structures of this type, with the objective of contributing to the aerodynamic characterization of the lateral forces resulting from vortex shedding. By analyzing the data extracted from each studied model, it was possible to obtain the r.m.s. coefficients of lateral force and the spectra of lateral force. This enabled the characterization of dimensional relationships in structures with rectangular cross-sections and their susceptibility to experiencing vortex shedding effects.