Design construtal aplicado à interação entre a chuva dirigida e as fachadas de edificações

Abstract

A degradação de todos os sistemas da edificação tem direta relação, entre outros, com a exposição à umidade, que no caso das vedações externas têm sua principal origem na água das chuvas. Por este motivo, a chuva dirigida (associação da chuva com o vento) é um dos objetos centrais dos estudos relacionados à durabilidade das fachadas. A interação entre a água da chuva e as fachadas ocorre de diversas maneiras e é influenciada por diferentes fatores, como a velocidade do vento associada à chuva, as dimensões das gotas, as condições climáticas no momento da interação, a geometria do volume da edificação, a composição de detalhes incorporados ao revestimento e também as propriedades do revestimento (entre outros fatores). Na tentativa de ampliar os conhecimentos sobre a interação entre a chuva dirigida e os paramentos das fachadas, diversos autores têm realizado trabalhos de análise do estado de conservação de edificações existentes, experimentos em laboratório de detalhes submetidos à simulação de chuva dirigida, simulação de chuva dirigida em escala, entre outros. A Lei Construtal é um princípio que rege a evolução da estrutura de sistemas de escoamento na natureza. A partir dessa lei, foi concebido o Método do Design Construtal (MDC), o qual possibilita prever a evolução da configuração geométrica de várias estruturas na natureza em uma escala curta de tempo de maneira a facilitar o acesso ao escoamento que a percorre Na engenharia, a aplicação do MDC permite a busca por designs que melhorem o desempenho dos sistemas, para isso é necessário identificar alguns elementos importantes para aplicação do método: definição do sistema de escoamento, o escoamento, os indicadores de desempenho, as restrições, os parâmetros do escoamento e os graus de liberdade. Este trabalho teve como objetivo avaliar a aplicabilidade do MDC à análise da interação entre a chuva dirigida e as fachadas, propondo o desenvolvimento de experimentos alinhados à proposta do MDC e permitindo a comparação e proposição de melhorias na geometria das estruturas de escoamento de fachadas. Foram propostas três escalas diferentes de análise: a escala maior, para analisar a interação da chuva dirigida com fachadas completas; a escala intermediária, para analisar a interação com detalhes construtivos, como frisos, peitoris e molduras; e uma escala menor, para analisar a interação do escoamento com as propriedades dos revestimentos. Foi possível identificar na literatura os elementos necessários à aplicação do MDC na análise da interação da chuva dirigida e fachadas. Através da aplicação de restrições foi possível obter novas conclusões sobre resultados de experimentos já realizados. Também, foi possível propor melhorias geométricas para volumes de fachadas e peitoris de janelas, indicando que o MDC apresenta grande potencial de aplicação à análise da interação da chuva dirigida com as fachadas das edificações

The degradation of all building systems is directly related, among others, to exposure to moisture, which in the case of external fences has its main origin in rainwater. For this reason, wind-driven rain (the association between rain and wind) is one of the central objects of studies related to the durability of facades. The interaction between rainwater and facades occurs in different ways and is influenced by different factors, such as the wind speed associated with the rain, the droplet dimensions, the weather conditions at the time of interaction, the geometry of the building volume, the composition of details incorporated into the coating and also the coating properties (among other factors). In attempt to expand the knowledge about the interaction between wind-driven rain and the façades, several authors have carried out works analyzing the state of conservation of existing buildings, experiments in the laboratory of details submitted to wind-driven rain simulation, wind-driven rain simulation in scale, among others. The Constructal Law is a principle that governs the evolution of the structure of flow systems in nature. From this law, the Constructal Design Method (CDM) was conceived, which makes it possible to predict the evolution of the geometric configuration of various structures in nature on a short time scale in order to facilitate access to the flow that runs through it. In engineering, the application of the MDC allows the search for designs that improve the performance of the systems, for this it is necessary to identify some important elements for the application of the method: definition of the flow system, the flow, the objective function, the constraints, the flow parameters and degrees of freedom This work aimed to evaluate the applicability of the MDC to the analysis of the interaction between the wind-driven rain and the facades, proposing the development of experiments aligned with the MDC proposal and allowing the comparison and proposition of improvements in the geometry of the facade flow structures. Three different scales of analysis were proposed: the largest scale, to analyze the interaction between the wind driven rain and the entire facades; the intermediate scale, to analyze the interaction with constructive details, such as joints, window sills and moldings; and a smaller scale, to analyze the interaction of the flow with the properties of the coatings. It was possible to identify in the literature all the elements necessary for the application of MDC to the analysis of the interaction between wind-driven rain and facades. Through the application of constraints, it was possible to obtain new conclusions about the results of experiments already carried out. Also, it was possible to propose geometric improvements for volumes of facades and window sills, indicating that the MDC has great potential for application to the analysis of the interaction between wind-driven rain and building facades