[pt] Dentre as manifestações da natureza de grande intensidade que têm acontecido em algumas regiões brasileiras, uma das que carecem de mais estudos direcionados ao território nacional é o tornado. Por ser um fenômeno que não pode ser evitado, a ocorrência de tal desastre pode causar inúmeros impactos ambientais e sócio-econômicos. Com o propósito de avaliar a ação de um tornado sobre certas estruturas civis de usinas nucleares, estão sendo estudadas as forças mecânicas, os efeitos barométricos e as ações dos mísseis originários de um tornado de projeto chocando-se com três estruturas selecionadas: o prédio do reator, o edifício de alimentação de emergência e a torre de ventilação. Para isso, está sendo adotado o modelo de campo de ventos proposto por Wen, baseado na solução teórica de Kuo. Ademais, para melhor compreenssão do modelo, é feita uma análise dos parâmetros utilizados no método, demonstrando como alterações nesses elementos influenciam nos valores das velocidades calculadas. Também é feita uma análise comparativa entre os efeitos de inércia e arrasto, além dos esforços globais nas estruturas avaliados como ponto material e corpo extenso, e uma breve descrição da geração da curva de ameaça para a região de Angra dos Reis, desenvolvido por Almeida. E, por fim, mediante uma simulação numérica, apresenta-se a resposta dinâmica para a torre de ventilação quando atingida pelo tornado proposto. / [en] Among the nature great intensity manifestations that have happened in some brazilian regions, one that needs more directed attention in civil enginnering structures design is the tornado. For being a phenomenon that cannot be prevented, the occurrence of such disaster can cause innumerable ambient and partner-economic impacts. With the intention to evaluate the action of a tornado on certain nuclear power plant civil engineering structures, mechanical forces, barometric effects and the action of flying missiles,under a tornado action on three selected structures: the Reactor Building, the Emergency Feed Building and the Vent Stack. For this, it is being adopted the Wen’s wind field model, based on the theoretical Kuo’s solution. Furthermore, for better model understanding, variations on the used parameters are made to indicate how these changes may influence the calculated velocities. Also a comparative analysis is done between inertia and drag effects, beyond the global effects on the evaluated structures, as material point and extensive body, for instance, and a short description on the generation of a tornado hazard curve for Angra dos Reis region, according to Almeida. And, finally, by a numerical simulation, a dynamic response is studied for the Vent Stack reached by an artificial tornado.

[pt] Tornados são fenômenos atmosféricos de pequena escala com grande poder de destruição ao longo de sua trilha e têm sido reportados com freqüência crescente no território brasileiro. Do ponto de vista da engenharia de estruturas, atenção especial deve ser destinada a instalações sensíveis, como centrais nucleares e torres de transmissão de energia. A despeito do registro do colapso dessas últimas por conta da ação de tornados no território nacional, pesquisas brasileiras dessa natureza são incipientes. Neste contexto, estudam-se os efeitos mecânicos decorrentes da incidência de tornados sobre torres de transmissão, comparando-os com valores prescritos em normas para ventos usuais de projeto. Para isso, utiliza-se o modelo de campo de vento proposto por Wen (1975) a partir do trabalho de Kuo (1971) e simulações de torres de transmissão representativas da região das bacias hidrográficas do Sul e Sudeste, propícias a tornados. A partir desses estudos, propõe-se e exemplifica-se uma metodologia para avaliação dos efeitos globais tornádicos no projeto das torres de transmissão. O método é construído através da variação de diversos parâmetros envolvidos no problema, buscando-se situações críticas. Na seqüência, realiza-se uma análise mais abrangente da demanda tornádica e sugere-se, a partir da mesma, uma metodologia para avaliação da probabilidade anual de falha de uma torre de transmissão a eventos dessa natureza, que é ilustrada ao final. / [en] Tornadoes are small-scale atmospheric phenomena that have large power of destruction along their path. Tornado occurrence has been reported with increasing frequency in Brazilian territory. From the point of view of engineering, special attention should be destined to sensible structures, such as nuclear power plants and towers for transmission of electric energy. In spite of observed collapses of these systems due to the action of tornadoes in national territory, Brazilian researches on this subject are incipient. In this context, the mechanical effects of tornado incidence on transmission towers are studied and compared with values prescribed by the usual standards for wind design. The wind field model proposed by Wen (1975) based on the work of Kuo (1971) and simulations of representative transmission towers of South and Southeast Brazilian river basins, favorable to such events, are used. From these studies, a methodology for evaluation of the tornadic global effects in the design of transmission towers is proposed and exemplified. The method is carried out through the variation of several parameters involved in the problem, seeking to critical situations. Finally, a broader tornadic demand analysis is made and a methodology for evaluation of transmission tower annual probability of failure due to tornado events is suggested and illustrated.

[pt] A consideração dos efeitos da incidência de tornados sobre estruturas é prática corrente em vários países, principalmente no que diz respeito a instalações industriais sensíveis, nas quais as conseqüências de uma eventual ocorrência de tal fenômeno são de maior risco. No Brasil, a despeito de múltiplos registros em algumas regiões ao longo dos últimos anos, tais estudos são ainda incipientes. Objetiva-se, em particular, a avaliação de efeitos mecânicos de tornados sobre sistemas estruturais. Para isso, utiliza-se o modelo de campo de vento proposto por Wen (1975), baseado na solução qualitativa de Kuo (1971), e três modelos de pórticos tridimensionais, de alturas 20, 60 e 100 m. Através de ensaios numéricos, apresentam-se as respostas estática, cinemática e dinâmica dessas estruturas quando atingidas pelo tornado modelado. Análise comparativa entre os efeitos de inércia e arrasto é feita e é proposto um espectro de resposta cinemática a tornados. Os efeitos globais são também avaliados, a fim de se inferirem informações gerais sobre os efeitos mecânicos do fenômeno sobre sistemas estruturais. Comparações com a norma brasileira de vento são apresentadas e a simplificação de se considerar a estrutura como ponto material perante o sinistro é avaliada. / [en] The consideration of the effects of the incidence of tornadoes on structures is common in many countries, mainly in sensible industrial installations, in which the consequences of an eventual occurrence of such phenomenon are of large risk. In Brazil, in spite of multiple registers in some regions during the last couple of years, such studies are still incipient. A methodology for the evaluation of tornado mechanical effects on structural systems is presented. For this, the wind field model proposed by Wen (1975), based on the qualitative solution of Kuo (1971) is used, and three models of 3-D framed structures, 20, 60 and 100 m high, are analyzed. Through numerical tests, the static and dynamic response of these structures to a sampling tornado are evaluated and analyzed. Comparative analysis of the inertia and drag effects is made and a tornadic response spectrum is presented. Global effects are also evaluated, in order to infer general information on the mechanical actions of the phenomenon on structural systems. Comparisons with the Brazilian wind code provisions are presented and the simplification of considering the structure as a material point during the analysis is criticized.