Perfil da velocidade do vento e intensidade da turbulência para determinação de cargas de vento quase estáticas de acordo com o conceito de rajada

Geralmente, as estruturas não são consideradas suscetíveis a vibrações se as deformações sob a ação do vento devido à ressonância de rajadas não aumentem em mais de 10 % [2]. Neste caso, a ação do vento variável com o tempo pode ser descrita como uma carga equivalente estática.

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Estrutura retangular

Assumindo que as turbulências dentro do fluxo de vento são muito grandes em relação às dimensões do edifício, uma distribuição estática da pressão p na geometria do edifício pode ser calculada com o RWIND Simulation de acordo com o "método quase estacionário" ou o chamado conceito de rajada[3].

Basicamente, é assumido um campo de fluxo estacionário em torno do modelo de análise para a flutuação da velocidade turbulenta ao longo da duração da rajada [3] . A pressão da flutuação na superfície do modelo a partir da turbulência de entrada é, portanto, vista como um estado estacionário ao longo de um determinado período de tempo t. Assim, as flutuações seguem exatamente o curso dos coeficientes de pressão médios c_{p, média} na superfície do modelo.

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Direção do fluxo de vento em torno do edifício

A pressão induzida pelo vento resultante Δp(t) nas superfícies do modelo depende puramente da velocidade de entrada v (t).

Assim, o valor do vetor de velocidade de entrada v (t) é:

v (t) ² = (v_{x, média} + v_{x, flutuação} (t)) ² + v_{y, flutuação} (t) ² + v_{z, flutuação} (t) ²

Se os termos quadráticos dão apenas uma pequena contribuição, o resultado é um valor efetivo do vetor de velocidade de entrada v (t):

v (t) ² = v_{x, média} ² + 2 ⋅ v_{x, média} ⋅ v_{x, flutuação} (t)

O uso da velocidade de entrada efetiva na equação da pressão induzida pelo vento resulta em:

Δp (t) = 1/2 ⋅ ρ ⋅ v_{x, média} ² [1 + (2 ⋅ v_{x, flutuação} (t))/v_{x, média} ] ⋅ c_{p, média}

Esta transformação mostra que a flutuação da pressão do vento Δp (t) depende apenas da flutuação da velocidade do vento v_{x, flutuação} (t) na direção principal de entrada x.

Se substituir a flutuação de velocidade variável com o tempo v_{x, flutuação} (t) pela flutuação de velocidade máxima v_{x, flutuação, máx} , remove a variabilidade temporal do sistema.

E se comparar o termo v_{x, flutuação, máx}/v_{x, média} como um múltiplo g da intensidade de turbulência I_v (z),

pode -se descrever o termo entre parêntesis rectos como fator de rajada G(z). A inserção dos termos na equação de carga de vento nominal resulta em:

Onde

Por exemplo, na EN 1991-1-4, o fator g é utilizado para descrever a duração da rajada 3,5.

O RWIND Simulation calcula os valores médios das pressões p_médias na superfície do modelo dependendo de uma velocidade de entrada v_x (z) através de uma solução estacionária das equações RANS utilizando o algoritmo SIMPLEC. Uma vez que os valores médios dos coeficientes de pressão c_{p, média} é baseada na relação entre os valores de pressão média determinados p_média para a pressão da velocidade máxima do vento não perturbada na altura da cobertura q (altura da cobertura),

c_p,média = p_média / q (altura da cobertura)

é possível utilizar a velocidade de entrada a partir da pressão da velocidade máxima do vento convertida q (z) sobre a altura para determinar as cargas de vento nominais de acordo com o conceito de rajada [1].

v(z) = √(2 ⋅ q(z) / ρ)

Esta velocidade do vento inclui assim a velocidade média do vento v_média e a componente de flutuação máxima v_flutuação. Neste caso, a intensidade de turbulência da entrada pode ser definida constantemente acima da altura para um valor muito pequeno de cerca de 5 % [4].

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Descrição do vento na interface com o RWIND Simulation

Ao considerar os efeitos das forças atuantes em todo o edifício ou em grandes áreas de superfície, este método providencia uma aproximação muito boa para a carga de vento natural [3]. A razão é que os pequenos efeitos de turbulência mascarados pelo cálculo da média atuam apenas em áreas parciais e não têm qualquer efeito perceptível devido à integração global dos valores de força.

Além disso, o conceito reage muito bem mesmo para pequenas áreas parciais com incidência do vento frontal, uma vez que aqui as flutuações de pressão efetiva já estão muito bem registradas no perfil de velocidade de pico do vento [3].

Por outro lado, o sistema resulta numa convergência mais imprecisa quando comparada com a realidade para superfícies com separação de fluxo (parede lateral e traseira). É especialmente nestas zonas que a turbulência induzida pelo edifício "desvanecimento" através do cálculo da média utilizando o conceito de rajada tem um efeito maior do que o efeito de turbulência de entrada contido no perfil de velocidade de entrada.