Influência de detalhes arquitetônicos e efeitos de vizinhança sobre a caracterização aerodinâmica de um edifício alto

Abstract

A escassez cada vez maior de terrenos desocupados no interior de cidades dificulta a demanda da construção civil, que possui a necessidade de aproveitar terrenos da maneira mais eficiente possível para que a construção de empreendimentos seja financeiramente viável. Consequentemente, tem-se alterado a concepção estrutural das edificações, havendo uma tendência à verticalização para maior aproveitamento do espaço. Com a construção de edifícios cada vez mais altos, esbeltos e flexíveis, a consideração das ações do vento passa a ser de fundamental importância durante a concepção estrutural. Entretanto, a enorme quantidade de variáveis envolvidas no fenômeno torna sua previsão bastante complexa, fazendo-se necessária a realização de ensaios experimentais em modelos reduzidos. Como exemplo de variável que interfere no problema, cita-se a presença de vizinhança. Nesse sentido, esta pesquisa tem como foco realizar a caracterização aerodinâmica um edifício alto quando um edifício de interferência é inserido em diferentes posições na vizinhança, além de avaliar o efeito que simplificações geométricas causam. Para isso, foram utilizados dois modelos rígidos de edifícios altos: o primeiro representa um edifício real construído no Brasil, com riqueza de detalhes geométricos na fachada, enquanto o segundo se trata de uma simplificação do primeiro, possuindo altura idêntica e fachadas lisas. Além disso, diferentes perfis de vento foram utilizados durante os ensaios. Portanto, é possível visualizar a influência que os efeitos de vizinhança, detalhes arquitetônicos e a turbulência possuem sobre a caracterização aerodinâmica dos modelos. Essa caracterização é feita em termos de espectros de esforços globais e locais, além da obtenção de funções de admitância aerodinâmica. Em ambos os modelos, verificou-se que a inserção de um modelo de vizinhança à barlavento e em uma posição oblíqua ao modelo principal tende a criar picos de energias que podem ser mais danosos que em outras posições. Além disso, a influência da simplificação geométrica provocou diferenças significativas entre os dois modelos, sobretudo com relação aos esforços de torção e de força na direção transversal ao escoamento, o que ocorre pelo desprendimento cadenciado de vórtices.

The increasing scarcity of unoccupied terrains inside cities creates difficulties for civil construction market, which has the need to use land in the most efficient way possible so that their projects are financially viable. Consequently, the structural design of buildings has been altered, with a tendency towards verticalization for greater use of space. With the construction of increasingly tall, slender and flexible buildings, the consideration of wind actions becomes more important during structural design. However, the huge amount of variables involved in the phenomenon makes its prediction quite complex, making it necessary to carry out experimental tests on reduced models. As an example of a variable that interferes with the problem, one could mention the presence of neighboring buildings, which can either increase or decrease loads due to wind. The present research focuses on the aerodynamic characterization of a tall building when an interference building is places in different positions in the neighborhood. In addition to that, this study evaluates the effect that geometric simplifications can cause on the aerodynamic characterization. In order to do this, two rigid models of tall buildings were used: the first represents a real building built in Brazil, with a wealth of geometric details on the facade, while the second is a simplification of the first, with identical height and smooth facades. Different wind profiles were used during the tests. Therefore, it is possible to visualize the effect that interference effects, architectural appurtenances and turbulence of wind have on the aerodynamic characterization of the models. This characterization is made by means of power spectral density of the loads on the models, in addition to obtaining aerodynamic admittance functions. In both models, it was found that the insertion of a windward neighborhood model and in an oblique position tends to create more damaging resonant dynamic effects than in other positions. In addition, the influence of geometric simplification caused significant differences between the two models, especially when considering torsion and forces in the across-wind direction, which are related to vortex shedding.