Porquê cartografar as pressões do vento
Quando o vento encontra um edifício, não se limita a « empurrar » : cria um campo de pressão complexo, com sobrepressão na face exposta e depressão nos lados, no telhado e na face a sotavento. Este campo governa três desafios maiores.
Cargas estruturais
- Esforços sobre fachadas, telhados, vidros e fixações.
Ventilação natural
- A diferença de pressão entre faces é o motor do ar.
Conforto & segurança
- Sobrevelocidades, arrancamentos locais, comportamento dos estores.
A pressão dinâmica : a energia do vento
Todo o estudo parte de uma grandeza de referência : a pressão dinâmica, que mede a energia cinética do vento por unidade de volume.
A velocidade do vento não é uniforme : cresce com a altura segundo um perfil de camada limite atmosférica, que depende da rugosidade do local (cidade, campo, mar). É por isso que as pressões aumentam fortemente em direção ao topo das torres.
O coeficiente de pressão (Cp)
O coeficiente de pressão Cp é um número adimensional que relaciona a pressão local exercida sobre uma superfície com a pressão dinâmica de referência. Um Cp positivo traduz uma sobrepressão (a superfície é empurrada) ; um Cp negativo uma depressão (a superfície é aspirada).
O Cp depende da geometria da obra, da direção do vento e do ambiente (edifícios vizinhos, relevo). É precisamente o que se procura determinar, por ábacos normativos ou por simulação.
Sobrepressões a barlavento, depressões em todo o resto
A distribuição típica das pressões em torno de um edifício paralelepipédico exposto ao vento :
Face ao vento
- Sobrepressão (Cp > 0) : o ar é travado e « esmaga-se » sobre a fachada.
- Máximo próximo do ponto de estagnação, na parte alta.
Lados, telhado & face a sotavento
- Depressão (Cp < 0) : o ar acelera e descola, criando uma aspiração.
- Picos de sucção nos beirais do telhado e nos ângulos.
São as depressões que arrancam
Contrariamente à intuição, os sinistros de telhado provêm raramente da « pressão » do vento mas dos picos de depressão nos beirais e nos ângulos : a envolvente é aspirada para o exterior. Estas sucções locais, muito concentradas, são as mais delicadas de estimar.
Da pressão líquida às decisões de projeto
O que realmente dimensiona é a pressão líquida : a diferença entre a pressão exterior e a pressão interior de um local. Consoante a necessidade, o campo de pressão serve para :
Dimensionar a envolvente
- Cargas de vento sobre fachadas, vidros, quebra-sóis e telhados.
- Verificação das fixações e dos elementos acoplados.
Alimentar a ventilação natural
- O ΔP entre entradas e saídas fixa o caudal de ar que atravessa.
- Posição ótima dos vãos consoante os ventos dominantes.
O mesmo campo de pressão alimenta, portanto, tanto o gabinete de estudos de estrutura como a conceção bioclimática do edifício.
Eurocódigo 1 ou simulação CFD ?
O Eurocódigo 1 (EN 1991-1-4) fornece coeficientes de pressão tabelados para as formas correntes e regulares. É a referência regulamentar, eficaz enquanto o edifício permanecer no âmbito dos ábacos.
Mas assim que a geometria se torna singular (formas complexas, edifícios altos, ambiente urbano denso, telhados não normalizados), os ábacos atingem os seus limites. A simulação CFD calcula então o campo de Cp real, para cada direção de vento, tendo em conta os edifícios vizinhos.
Eurocódigo 1
- Rápido, regulamentar, adaptado às formas simples.
- Conservador e limitado fora dos casos tabelados.
Simulação CFD
- Geometria e ambiente reais, todas as direções de vento.
- Indispensável para as obras fora das normas.
Os planos de pressão resultantes da CFD
A simulação CFD restitui um plano de pressão contínuo sobre toda a envolvente : cada metro quadrado recebe o seu Cp, para cada setor de vento. Localizam-se com precisão os picos de sucção, quantificam-se os motores de ventilação e testa-se o efeito de modificações (palas, quebra-ventos, implantação) antes da construção.
Os nossos engenheiros estabelecem os planos de pressão do seu edifício por CFD, todas as direções de vento. Conversemos.
