Avaliação de brises sob a ação do vento e sua influência na distribuição de pressões nas fachadas de um edifício alto

Abstract

Diante da crescente preocupação com a eficiência energética e com o conforto do ambiente interno, soluções de controle solar passaram a integrar fachadas de edifícios altos. No cenário arquitetônico brasileiro atual, tem-se verificado o retorno da tendência dos brises, especialmente na configuração de painéis deslizantes e articulados (sliding & folding shutters). Posto que introduzem maior rugosidade às superfícies e modificações à seção transversal das edificações, tais elementos elevam a complexidade da interação do vento com suas fachadas. Este fato, aliado à falta de diretrizes para o seu projeto seguro, à escassez de estudos aerodinâmicos os envolvendo e à preocupação com os recorrentes danos e acidentes compreendendo componentes de fachadas durante tempestades, evidencia a relevância do desenvolvimento de estudos mais consistentes sobre o tema. Nesse contexto, a presente pesquisa se propõe a contribuir com um maior entendimento de como a configuração de brises supracitada influencia a distribuição de pressões externas induzidas pela ação do vento em fachadas de edifícios altos de seção transversal retangular, bem como determinar como esses elementos são solicitados. Para tal, desenvolveu-se um estudo aerodinâmico comparativo entre três modelos de mesma geometria: o primeiro de faces lisas, o segundo dotado de projeções horizontais contínuas e o terceiro equipado com estas em associação a brises deslizantes e/ou articulados em diferentes combinações, a fim de simular a dinamicidade característica desse tipo de fachada. A partir de ensaios em túnel de vento de camada limite, coeficientes de pressão média, r.m.s. e de picos foram avaliados para 24 ângulos de incidência do vento. Por meio da comparação de diagramas representativos da distribuição destes coeficientes, verificou-se que a introdução dos elementos alvos do presente estudo é capaz de alterar significativamente a distribuição de pressões na fachada. Dentre as principais observações, destacaram-se a elevação das sobrepressões médias e dos picos máximos na porção de topo das faces; a elevação das sucções médias nas arestas laterais de sotavento; a redução das flutuações de pressão nas faces laterais e de sotavento; e a expressiva atenuação dos picos mínimos, sobretudo em regiões próximas ao topo e à base dos modelos, especialmente para faces laterais e de sotavento. Já quanto às solicitações impostas aos brises, com exceção da elevação na magnitude dos picos mínimos em elementos posicionados na extremidade lateral direita da face, para ventos mais perpendiculares à esta, poucos foram os casos nos quais foram submetidos a coeficientes de pico mais significativos que os verificados para regiões correspondentes do modelo de faces lisas, sendo os valores mais expressivos sempre identificados nas extremidades das faces. Além da análise comparativa, o estudo também forneceu noções de valores de coeficientes resultantes nos brises e também de pressões máximas e mínimas para as faces dos três modelos, estas obtidas a partir de estatísticas do vento típicas do território brasileiro. Apesar das particularidades do estudo, verificou-se que os resultados respeitam as tendências observadas em estudos anteriores similares e fornecem informações complementares às normas vigentes destinadas ao projeto de fachadas.

Given the growing concern with energy efficiency and indoor environmental comfort, solar shading systems started to integrate the facades of high-rise buildings. In the current Brazilian architectural scenario, there has been a return to the trend towards louvers, especially in the configuration of sliding and folding shutters. Since they increase surface roughness and introduce modifications to the cross-section of buildings, such elements enhance the complexity of wind interaction with their envelopes. This fact, combined with the lack of guidelines for their safe design, the scarcity of aerodynamic studies involving them, and the concern with the recurrent damage and accidents involving facade components during storms, reveals the relevance of developing more consistent studies on the subject. In this context, the present research aims to contribute to a better understanding of how the aforementioned louver configuration influences the distribution of external wind-induced pressures on tall building facades with rectangular cross-section, as well as to determine how these elements are requested. To this end, a comparative aerodynamic study was developed between three models of same geometry: the first with smooth surfaces, the second containing continuous horizontal projections, and the third equipped with these in association with sliding and/or folding shutters in different combinations, in order to simulate the various shading possibilities. From tests conducted in a boundary layer wind tunnel, mean, fluctuating and peak external pressure coefficients were evaluated for 24 wind directions. Through the comparison of diagrams representing the distribution of these coefficients, it was found that the introduction of architectural appurtenances can significantly alter the pressure distribution on a facade. Among the main observations, it can be highlighted: the increase of the mean positive pressure coefficients and of the positive peaks in the top portion of the faces; a raise on the mean suctions in the leeward side edges; the reduction of fluctuating pressures on the lateral and leeward faces; the expressive attenuation of the negative peaks, especially in regions near the top and bottom of the models, especially for the lateral and leeward faces. As for the loads imposed on the shutters, except for the increase in the magnitude of the negative peaks in elements located near the right edge of the windward face, there were few cases in which they were subjected to peak coefficients higher, in module, than those verified for corresponding regions of the smooth face model, with the most expressive values always identified at the edges of the faces. Besides the comparative analysis, the study provides notions of the net pressure coefficients on the elements and also of maximum and minimum pressures for the external surfaces of the three models, these obtained from typical wind statistics for the Brazilian territory. Despite the particularities of the study, it was found that the results obtained followed most of the trends observed in previous similar studies and provides complementary information to the current codes involved in the design of facades.