Study of thunderstorm wind outflows and proposition of mean wind profiles

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Lima, Elias Galvan de
• Orientador(a): Loredo-Souza, Acir Mércio
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Ação do vento nas estruturas; Tempestades; Downburst; Velocidade do vento : Medição
• Palavras-chave em Inglês: Thunderstorm winds; Severe weather; Downbursts; Modeling; Wind profiles
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/264907

O impacto dos ventos gerados por tempestades (TS) no ambiente construído tem sido amplamente relatado nos últimos anos, revelando que as normas de vento atuais não representam adequadamente todos os tipos de ventos extremos. Neste documento se discute em profundidade as características dos ventos TS, com foco em medições verticais de escala real, abordagens de modelagem e sua ocorrência no mundo. Primeiramente, é revisado o desenvolvimento mundial das pesquisas sobre downbursts e, devido à vulnerabilidade do Brasil a esse tipo de evento, é feita uma investigação de casos relatados em notícias e literatura científica. Este estudo mostrou que a maior parte do Brasil é extremamente vulnerável a downbursts, tendo a região Amazônica o maior número de ocorrências e os estados da região Sul os mais suscetíveis a ventos extremos gerados por tormentas TS ou simplesmente downbursts. Os estados do Sudeste são também propensos à ocorrência de downbursts severos. Os estados do Nordeste e Centro-Norte apresentam eventos de menor intensidade, causados principalmente por tempestades isoladas. Técnicas de modelagem são comumente adotadas para estudar os efeitos desses eventos no ambiente construído. Uma revisão sistemática de 122 publicações sobre modelagem de downbursts identificou quatro grupos principais de abordagens para simular esses eventos: modelos analíticos, simulações experimentais em laboratório, dinâmica de fluidos computacional (CFD) e modelos baseados em dados. Um método analítico é proposto para descrever os perfis médios de velocidade de vento em seu estágio máximo com base em medições em escala real, considerando-se organização da tempestade, intervalo de tempo e categorias de terreno. As funções de perfil de curva ajustada propostas são válidas apenas para os intervalos de tempo medidos originais. Os resultados mostraram que a maioria das funções propostas de perfis de curvas ajustadas tinham forma de "nariz", fortemente definida pela rugosidade do terreno e com velocidades de pico tipicamente observadas em níveis mais baixos em ventos TS – entre 50 e 250 metros – permitindo o ajuste do perfil por uma função polinomial de terceiro grau, em vez da função de potência tradicional, como utilizado para ventos sinóticos. Dezessete perfis oriundos de medições reais foram selecionados e analisados minuciosamente. Porém, para possibilitar a proposição de uma aplicação prática capaz de incorporar resultados de climatologias gerais de ventos extremos TS, somente sete curvas ajustadas foram levadas adiante para análise. Seis dos sete perfis ajustados demonstraram boa aderência ao modelo de Ponte Junior (2005) e ao perfil de vento TS proposto pelo código internacional ISO 4354. Esses perfis propostos foram posteriormente analisados juntamente com os perfis de velocidade de camada limite típicos da NBR-6123. Para a categoria de terreno II, a função do perfil ajustada com base nos valores máximos obtidos por Gunter e Schroeder (2015) no "PEP Event" para intervalo de tempo de 1-min apresentou o caso mais conservador em todas as elevações. Para a categoria de terreno III, os resultados foram mistos, mas considerou-se como evento extremo o perfil ajustado baseado no evento extremo de “03-ago-2010" de Lombardo et al. (2014) para o intervalo de média de tempo de 3-s. Finalmente, para a Categoria IV, sugere-se utilizar como referência o perfil de curva ajustado ao evento extremo registrado por Zhang et al. (2019) "15:01 Meas.", uma vez que o perfil de vento TS resultante é mais realista para média de tempo de 30-s devido aos efeitos do terreno específicos deste caso.