Análise numérica da ação do vento sobre outdoors considerando efeitos de vizinhança e topografia

Abstract

O uso de outdoors como uma forma de publicidade é uma prática comum ao redor do mundo. Com o aumento no número destes dispositivos em zonas urbanas e rodovias, registrou-se também um aumento no número de acidentes, usualmente durante a ocorrência de eventos climáticos com ventos de grande intensidade. Estudos recentes apontam que as normas de projeto subestimam carga de vento para este tipo de estrutura, o que levanta interesse em novas investigações na área. Tradicionalmente, pesquisas na área de Engenharia do Vento são realizadas através de métodos experimentais em túneis de vento. Contudo, as simulações numéricas em computadores com alta capacidade de processamento têm ganhado espaço como uma abordagem auxiliar na análise destes problemas. Neste trabalho, utiliza-se uma formulação numérica baseada no Método dos Elementos Finitos e no modelo explícito de dois passos de Taylor-Galerkin para a solução do sistema de equações fundamentais da dinâmica de fluidos, considerando escoamento incompressível e isotérmico. As malhas de elementos finitos são constituídas de elementos hexaédricos lineares com integração reduzida e controle de modos espúrios A turbulência no escoamento é tratada numericamente através de Simulação de Grandes Escalas (Large Eddy Simulation - LES) com modelo submalha dinâmico de Smagorinsky, sendo que flutuações na corrente incidente são inseridas através de um algoritmo de geração de turbulência sintética utilizando a técnica CDRFG (Consistent Discrete Random Flow Generation). Painéis e outdoors do tipo box são analisados considerando escoamentos sinóticos com e sem turbulência na corrente incidente. Efeitos da topografia e da vizinhança sobre a carga gerada pelo vento neste tipo de estrutura são investigados em situações de talude e cânion urbano. Os resultados foram condizentes com estudos experimentais. Observou-se que as pressões na coluna do outdoor são diferentes de situações idealizadas devido à presença da placa, enquanto que os resultados para outdoor em talude estão em boa concordância com a NBR 6123. Os outdoors em cânion urbano apresentaram sucções mais elevadas que em casos sem efeitos de vizinhança

The use of billboard advertising is a common marketing practice worldwide. With the rise in the number of billboards, there has been a rise in the number of accidents, usually during weather events with high intensity winds. Recent studies indicate that design codes underestimate wind loads for this type of structure, which raises interest in further investigations in this field. Traditionally, research in the field of Wind Engineering has been carried out through experimental methods in wind tunnels. However, numerical simulations on computers with high processing capacity has gained ground as an auxiliary approach in the analysis of these problems. In this work, a numerical formulation based on the Finite Element Method and the explicit two-step Taylor-Galerkin model is used to solve the system of fundamental equations of fluid dynamics, considering incompressible and isothermal flow. Finite element meshes are made with linear hexahedral elements with reduced integration and spurious mode control Turbulence is treated through Large Eddy Simulation (LES) with the dynamic Smagorinsky subgrid model, and fluctuations in the incident stream are inserted through a synthetic turbulence generation algorithm using the Consistent Discrete Random Flow Generation (CDRFG) technique. Panels and box-type billboards are analyzed considering synoptic flows with and without turbulence in the incident stream. Effects of topography and neighborhood on the load generated by wind in this type of structure are investigated in slope and urban canyon situations. The results matched experimental studies. The pressures in the billboard’s column are observed to be different from idealized scenarios due to the presence of the box panel, while simulation results with outdoor on slope are in agreement with the NBR 6123 design code. The billboards inside the urban canyon have stronger negative pressures than in situations without neighborhood effects