Impacto do vento em edifícios altos: Torres Olympiades em Paris
Impacto do vento em edifícios altos: estudo CFD das Torres Olímpicas de Paris
No âmbito de um projeto de renovação, a EOLIOS foi convidada a analisar o impacto do vento em duas torres residenciais classificadas como edifícios altos (edifícios altos) localizados no bairro de Olympiades, no 13ᵉ arrondissement de Paris. O estudo decorre num contexto urbano denso, com questões estruturais e operacionais relacionadas com a grande altura dos edifícios.
O principal objetivo da missão era caraterizar os efeitos do local através de um estudo aerodinâmico numérico. A simulação CFD foi utilizada para avaliar a distribuição das velocidades e pressões do vento em torno dos edifícios para oito direcções do vento.
A análise centrou-se em vários pontos críticos:
– Identificação das zonas de recirculação, de excesso de velocidade ou de proteção induzidas pela configuração das torres e dos edifícios adjacentes;
– Avaliação do impacto dos efeitos do local na utilização das gôndolas de manutenção, nomeadamente em função das velocidades de rajada atingidas a diferentes altitudes;
– Medição das pressões exercidas nas fachadas, utilizando tanto CFD como métodos de cálculo derivados do Eurocódigo, a fim de verificar os pressupostos do projeto.
Impacto do vento em edifícios altos: Torres Olympiades em Paris
Ano
2025
Cliente
EIFFAGE
Localização
França
Tipologia
Ar e Vento
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Caracterização do vento num ambiente urbano
Estrutura da camada limite atmosférica
A análise do vento em zonas urbanas depende de um bom conhecimento da estrutura vertical da atmosfera e dos efeitos da topografia e da urbanização. Na simulação CFD, esta modelização permite reproduzir fielmente os perfis de velocidade e os fenómenos de interação vento-edifício.
O vento observado ao nível do solo é fortemente influenciado pelas caraterísticas da camada limite atmosférica, que é composta por três subcamadas:
– A subcamada rugosa, perto do solo, onde os obstáculos criam turbulências desorganizadas.
– A camada superficial, entre 10 e 100 m de altura, onde se verifica um acentuado gradiente de velocidade e temperatura.
– A camada exterior ou subcamada inercial, que é mais alta e menos perturbada, reflecte o vento geostrófico.
Nesta estratificação, a velocidade do vento varia de acordo com um perfil logarítmico com a altitude, um fenómeno conhecido como cisalhamento vertical.
Influência da rugosidade do solo nos perfis de vento
A rugosidade do solo ou o tecido urbano modificam fortemente os perfis do vento. Um ambiente denso (edifícios muito compactos, vegetação) abranda o vento ao nível do solo e acentua o gradiente vertical. Em contrapartida, um terreno aberto (planície, mar) permite que o vento se desenvolva mais livremente. Estes efeitos são incorporados na modelação CFD através de um coeficiente de rugosidade, derivado das caraterísticas do terreno de acordo com as recomendaçõesdo Eurocódigo.
Efeitos aerodinâmicos em zonas urbanas densas
Fenómenos de aceleração local
A presença de edifícios altos e de um tecido urbano complexo gera numerosas perturbações do vento. Estes efeitos devem ser identificados para garantir a segurança e o conforto dos utilizadores, nomeadamente em caso de trabalhos em altura.
Certas configurações arquitectónicas provocam uma aceleração localizada do vento:
– Efeito Venturi: compressão e aceleração do fluxo entre dois edifícios próximos.
– Efeito de canalização: concentração do vento em ruas orientadas ao longo do eixo do vento predominante.
– Efeito de esquina: aparecimento de turbulência e rajadas de vento em ângulos acentuados em relação aos edifícios.
Estes fenómenos podem gerar ventos de grande velocidade, que podem ser fonte de desconforto ou de risco.
Impacto dos edifícios altos na aerodinâmica urbana
Os edifícios de grande altura (IGH ) produzem efeitos de downwash acentuados: o fluxo que atinge a fachada superior é redireccionado para o solo, aumentando as velocidades no sopé do edifício. Esta configuração é frequentemente problemática em torno de entradas, terraços ou zonas pedonais. No CFD, estes efeitos podem ser quantificados para antecipar os transbordamentos e conceber uma proteção adequada. Na imagem ao lado, os efeitos de canto são claramente visíveis.
Efeito do local no vento em torno de um edifício alto
Pressão sobre as fachadas e efeitos estruturais
Distribuição da pressão - Zonas de vigilância
Os edifícios de grande altura estão sujeitos a cargas aerodinâmicas significativas. Estas pressões devem ser avaliadas com precisão para garantir a robustez da envolvente.
O vento exerce pressões dinâmicas sobre as paredes expostas e as depressões dos lados opostos. Estas forças concentram-se em particular :
– Bordas verticais, áreas onde o fluxo estagna e se desprende;
– Em superfícies expostas ao vento dominante, onde as amplitudes de carga são maiores.
A forma da torre, a sua orientação e a rugosidade do terreno são parâmetros determinantes na distribuição das cargas.
Influência da distribuição da pressão da fachada na conceção
Os elementos de fachada (fachadas, envidraçados, fixações) devem ser concebidos para resistir a pressões localizadas sem deformação excessiva. A modelação CFD permite identificar as zonas sujeitas a maiores esforços e testar o efeito das variantes de conceção antes da execução.
Integração da norma Eurocode através de simulação CFD
Parâmetros de entrada do modelo CFD
Para garantir a validade das simulações e o alinhamento com as práticas regulamentares do estudo apresentado a seguir, a modelação CFD tem em conta os requisitos da norma EN 1991-1-4 (Eurocódigo do Vento), bem como os resultados de um estudo meteorológico exaustivo.
As simulações utilizam :
– A velocidade básica do vento (
) é determinada em função da localização e da topografia do sítio.
– Coeficientes de rugosidade () e coeficientes de orografia (
), adaptados ao tipo de terreno estudado. Estes coeficientes têm em conta a estrutura do solo ou do ambiente circundante, nomeadamente a sua influência no perfil vertical da velocidade do vento, e os efeitos da topografia (relevo) nos fluxos de vento.
– Um perfil logarítmico de velocidade vertical(Vm(z)), definido com base nestes parâmetros e ajustado de acordo com as caraterísticas específicas do local.
Este quadro permite simular velocidades de vento representativas a diferentes altitudes e compará-las com os limiares de segurança estabelecidos.
Utilização de um modelo CFD específico para a análise multidirecional
O modelo específico utilizado pode simular diferentes direcções do vento (por exemplo, 8 orientações principais). Com base num perfil de referência, os efeitos do local são analisados para cada direção, destacando as acelerações locais, as zonas de recirculação ou os efeitos de deflexão.
O perfil de velocidade à entrada do domínio, correspondente a uma velocidade de base uniforme e a parâmetros de rugosidade associados a um terreno específico, é calculado de acordo com oEurocódigo, utilizando a seguinte fórmula:
O perfil médio da velocidade padrão do vento à entrada do domínio é calculado da seguinte forma:
Tornar o trabalho em altura mais seguro - CFD para apoiar a segurança
Normas de segurança para plataformas de trabalho aéreo
A simulação CFD pode ser utilizada para antecipar os riscos relacionados com o vento, para além das recomendações de segurança, quando se trabalha com uma gôndola numa fachada.
Efeito do local no vento em torno de um edifício alto
De acordo com a norma NF EN 280, as naceles não devem ser utilizadas acima de 12,5 m/s. Num contexto urbano complexo, os efeitos do local podem amplificar localmente esta velocidade, razão pela qual é necessária uma avaliação pormenorizada através de simulação.
Vantagens da análise CFD - Avaliação da conformidade com as normas
O CFD é utilizado para identificar áreas de excesso de velocidade que possam ter um impacto na estabilidade da nacela. As áreas de abrigo ou de baixa turbulência são também localizadas para definir áreas de intervenção seguras. Os resultados obtidos são cruzados com os dados meteorológicos para formular recomendações que podem ser utilizadas no terreno.
Utilização de CFD para analisar edifícios altos
Configuração arquitetónica das torres das Olimpíadas
O local de estudo é constituído por duas torres residenciais no bairro Olympiades, situado num ambiente urbano denso. Uma das torres, denominada Torre de Tóquio, tem uma geometria retangular com 29 andares, uma fachada plana e longas varandas. A segunda, a Torre de Osaka, tem 35 andares, com uma fachada que alterna entre secções maciças e envidraçadas, e incorpora também varandas em cordão.
Os dois edifícios estão localizados paralelamente um ao outro e têm uma orientação semelhante. A sua altura e posicionamento criam um contexto aeraúlico complexo, propício a efeitos de sítio marcados, como a canalização do vento, a aceleração local e os vórtices, especialmente porque o ambiente é fortemente limitado pela densidade dos edifícios circundantes.
Análise CFD multidirecional
Foram analisados vários cenários para refletir a variabilidade da direção do vento:
– Vento norte
– Vento de nordeste
– Vento leste
– Vento de sudeste
– Vento sul
– Vento de sudoeste
– Vento de oeste
– Vento noroeste
Estas simulações permitiram observar a dinâmica dos fluxos de ar e avaliar a velocidade e a direção do fluxo em torno das duas torres.
Estudo CFD dos efeitos do local, rajadas de vento e pressões em edifícios altos - Tours Olympiades
Destacar os efeitos do local utilizando a simulação CFD
O estudo identificou claramente os efeitos de sítio associados à localização dos edifícios no seu ambiente urbano. Ao modelar as oito direcções principais da rosa dos ventos, a simulação numérica evidenciou fenómenos específicos em função da direção do vento:
– Em caso de vento norte, a torre a sul beneficia de uma zona de recirculação gerada pela torre norte, reduzindo significativamente a velocidade do vento na sua fachada.
– Inversamente, em caso de vento sudoeste, a torre norte é, por sua vez, protegida pela torre sul.
– Para ventos de leste e sudeste, observa-se um efeito Venturi acentuado entre as duas torres, com uma aceleração significativa da velocidade do vento no intervalo.
Em todas as configurações, as arestas expostas geram vórtices que induzem localmente velocidades elevadas, mas também criam zonas de relativa calma nas próprias paredes. Estes efeitos são cruciais para antecipar a utilização segura dos dispositivos de acesso às fachadas.
Planos de velocidade de 80 m para as 8 direcções de estudo
Aumenta a velocidade nas extremidades dos edifícios
Efeito Venturi para um vento de oeste
Avaliação CFD das velocidades de rajada e do seu impacto na utilização de naceles em altura
Utilizando os resultados do CFD, as velocidades médias do vento foram convertidas em velocidades de rajada a diferentes altitudes, com base em fórmulas padrão que incorporama intensidade turbulenta e a pressão dinâmica. Isto tornou possível calcular um coeficiente de amplificação da velocidade devido aos efeitos do local para cada direção do vento.
Por exemplo, para um vento de noroeste :
– A 20 m: +26% de amplificação,
– A 50 m: +48%,
– A 80 m: +77%.
Ao cruzar estes dados com os dados meteorológicos, foi possível estimar quanto tempo as naceles estarão indisponíveis devido às velocidades locais que excedem o limite padrão de 12,5 m/s. Trata-se de cerca de 250 horas por ano.
Estes dados são essenciais para planear as operações de renovação e garantir a segurança dos trabalhos em altura.
Pressão do vento nas fachadas: validação CFD para o dimensionamento do Eurocódigo
As simulações permitiram igualmente determinar as pressões exercidas sobre as fachadas em função das diferentes direcções do vento. A orientação mais restritiva foi identificada para um vento de leste, com pressões máximas atingidas na fachada oeste e na cobertura de uma torre.
As zonas mais solicitadas são os bordos superiores das faces diretamente expostas. Estes dados foram depois comparados com os valores derivados da abordagem analítica do Eurocódigo, com um bom nível de concordância.
Esta consistência entre o método numérico e o método analítico valida a relevância da simulação CFD como uma ferramenta de dimensionamento complementar, particularmente para pequenos fixadores expostos às cargas mais severas.
Pressão da parede - Vento leste
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O estudo CFD realizado sobre as Torres Olímpicas evidenciou efeitos significativos no local, ligados à configuração urbana densa e à interação dos ventos com os volumes construídos circundantes. Graças à simulação numérica, foi possível cartografar com precisão as zonas de sobrevelocidade, de recirculação e de proteção em função da direção do vento e obter resultados pertinentes para a conceção do vento.
Os resultados permitiram identificar as alturas críticas e as direcções do vento mais restritivas para a utilização das gôndolas de manutenção, cruzando as velocidades de rajada locais com os dados meteorológicos. Esta abordagem permitiu estimar com precisão o número de horas por ano em que as condições de vento excedem os limiares de segurança, fornecendo informações valiosas para o planeamento das operações de manutenção em altura.
Este estudo ilustra a importância da modelação do fluxo de ar nas fases de conceção e de reabilitação, permitindo uma compreensão precisa das interações entre o vento e o ambiente construído. Contribui, assim, para garantir a segurança das intervenções,otimizar as escolhas técnicas e reforçar a resistência dos edifícios altos às pressões climáticas.
Estás a trabalhar num projeto de um edifício alto ou num local denso? Recorre à nossa experiência em CFD para garantir as suas escolhas e otimizar as suas operações desde a fase de conceção.
Resumo em vídeo do estudo
Resumo do estudo
O estudo realizado pela EOLIOS diz respeito ao dimensionamento e à implementação de torres de arrefecimento nos telhados dos escritórios do ICPE. Os ARTs são sistemas de arrefecimento que utilizam o ar exterior para dissipar o calor, oferecendo uma alternativa mais eficiente em termos energéticos ao ar condicionado tradicional. O estudo utiliza a simulação CFD para modelar e analisar os fluxos de fluido que entram e saem das ARTs.
Os resultados do estudo evidenciam a influência do vento nas correntes de ar em torno do edifício e mostram o fenómeno do looping TAR, que afecta a temperatura e a humidade do ar aspirado.
Estes resultados permitem otimizar o dimensionamento e a localização dos CCR para assegurar um arrefecimento eficaz dos escritórios.
Resumo em vídeo da missão
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