Resposta de estruturas paralelepipédicas esbeltas frente ao fenômeno de desprendimento de vórtices : proposta para a NBR-6123

Abstract

Estruturas como torres e edifícios são vulneráveis ao fenômeno de desprendimento de vórtices, devido à sua esbeltez e forma rombuda. A influência de tal fenômeno é tão importante no projeto estrutural, que a arquitetura externa de edifícios proeminentes é desenvolvida de forma a mitigar os esforços gerados pelo desprendimento de vórtices. Apesar de esse tipo de estrutura ser considerado simples dos pontos de vista estrutural e aerodinâmico, o estudo das vibrações transversais nessas estruturas é bastante complicado, pois envolve a interação entre tópicos complexos da mecânica dos fluidos e estrutural, tornando a determinação confiável da resposta estrutural um dos problemas mais difíceis da Engenharia do Vento. Sendo assim, o presente trabalho tem como objetivo a proposta de uma metodologia para a NBR-6123, a qual permita o dimensionamento de estruturas de seção transversal retangular frente ao fenômeno de desprendimento de vórtices. Tal metodologia é derivada da aplicação dos espectros da força de sustentação na equação de admitância mecânica. Para tanto, foram realizados ensaios no Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann de dez modelos com diferentes relações dimensionais, com diferentes perfis de vento, visando à obtenção de coeficientes de sustentação e espectros da força de sustentação. Alguns modelos reproduziram ensaios encontrados na bibliografia, o que permitiu a comparação dos espectros para a validação dos resultados, sendo que todos os ensaios comparados foram condizentes com as informações obtidas na bibliografia. Para a validação do uso de espectros obtidos de modelos simples, isto é, sem detalhes construtivos, foi feita a comparação com o modelo em escala reduzida de um edifício real, o que mostrou que a metodologia proposta para a NBR-6123 é promissora.

Structures such as towers and tall buildings are quite vulnerable to the vortex shedding phenomenon, due to their slenderness and non-aerodynamic form. The influence of the phenomenon is so important in the structural design, that the external architecture of prominent tall buildings is developed in order to mitigate the efforts generated by vortex shedding. Although many of these structures are considered simple from structural and aerodynamic viewpoints, the study of cross-wind vibrations in these structures is quite complicated, as it involves the interaction of complex topics of fluid and structural mechanics, making the reliable determination of the structural response one of the most complicated problems in Wind Engineering. Thus, the present work aims to propose a methodology for the Brazilian Wind Code, which considers the vortex shedding phenomenon in the design of rectangular crosssectional structures. Such methodology is derived from the application of the lift force spectrum in the mechanical admittance equation. For this purpose, tests of ten models with different dimensional ratios were undertaken in the Professor Joaquim Blessmann Wind Tunnel, in order to obtain lift coefficients and lift force spectra. Some models reproduced tests found in the bibliography, which allowed the comparison of the spectra to validate the results. All the tests compared were consistent with the information obtained in the bibliography. For the validation of the use of spectra obtained from simplistic models, i.e., without constructive details, a comparison was made with a test on a reduced-scale model of a real building, which showed that the proposed methodology for the Brazilian Wind Code is promising.