Medições realizadas em edifícios altos, em escala real, têm mostrado que o carregamento devido à ação do vento pode causar importantes efeitos de torção. A atual tendência de construção de prédios com formas e sistemas estruturais mais complexos promove a acentuação das excentricidades entre o centro de massa, centro elástico e o ponto de aplicação instantânea de forças aerodinâmicas. Soma-se a isso o fato de os edifícios altos modernos estarem se tornando cada vez mais esbeltos e leves, o que baixa a velocidade (do vento) de disparo de fenômenos como galope e drapejamento torcional, fazendo com que esta velocidade se aproxime cada vez mais das velocidades do vento consideradas nos projetos. Frente a isso, os efeitos dinâmicos, tanto de flexão como de torção, induzidos pelo vento em edifícios altos representam uma importante consideração nos projetos de estruturas modernas. Os métodos analíticos para determinação da resposta de edifícios altos submetidos à ação do vento, hoje disponíveis, não levam a resultados satisfatórios em casos de geometrias não regulares, bem como não contemplam efeitos torsionais. Seu uso também não é recomendado no caso de estruturas muito flexíveis, cujo movimento afeta as forças aerodinâmicas que nelas atuam. Nessas situações, a melhor opção para os engenheiros é um estudo mais detalhado dos efeitos do vento sobre a estrutura, através de ensaios de modelos em escala reduzida em túneis de vento, que simulem as características do vento natural. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um mecanismo que permita a obtenção da resposta de edifícios altos frente à ação do vento, a partir de ensaios em túnel de vento com modelos em escala reduzida. Busca-se determinar a resposta em termos de suas componentes médias e flutuantes. Admite-se que a parcela dinâmica contempla os dois modos fundamentais de vibração livre em flexão, ortogonais entre si e aproximados de forma linear, e o primeiro modo de torção, aproximado de forma constante. As simplificações adotadas permitem que os modelos tenham baixa complexidade de projeto e construção, diminuindo, assim, o custo da modelagem e tornando o processo experimental mais ágil. Para validar os resultados obtidos com a utilização do mecanismo desenvolvido foram realizados ensaios em escala reduzida do CAARC Standard Tall Building, edifício alto tomado como padrão para calibração de técnicas de modelagem aeroelástica, no Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Os resultados obtidos foram comparados com os valores publicados por outros pesquisadores e com resultados determinados a partir de ensaios de medidas de pressões em alta freqüência. A coerência entre os valores comparados permitiu concluir que o equipamento simula satisfatoriamente o comportamento dinâmico de edifícios altos submetidos à ação do vento, mesmo perante fenômenos aeroelásticos, como a ressonância por desprendimento alternado de vórtices. A partir dos resultados verificou-se também a importância dos efeitos dinâmicos de torção induzidos pela ação do vento, e a necessidade de que sejam apropriadamente considerados nos projetos / Measurements performed in full-scale high rise buildings have shown that wind loading may cause important torsional effects. The current trend of building construction, with new shapes and complex structural systems promotes an increase in the distances (eccentricities) among the center of mass, elastic center and the instantaneous point of application of the resulting wind loads. Furthermore, modern tall buildings are becoming increasingly light and slender, diminishing the trigger wind speed of some phenomena such as galloping and torsional flutter, bringing these velocities closer to the design wind speeds. Therefore, wind induced bending and torsional dynamic effects in tall buildings play an important role in the design of modern structures. The current analytical methods for the response determination of tall buildings under wind loading do not lead to reliable results for the non regular building shapes, as well as do not consider torsional effects. Also, its use is not recommended for the case of very flexible structures, where the structure´s own motion may affect the aerodynamic forces acting on it. In these situations, the best option for engineers is a more detailed study of the wind effects, through boundary layer wind tunnels. The aim of this study is the development of a device that allows the determination of the response of tall buildings under wind loading, through wind tunnel tests with reduced scale models. The goal is the determination of the responses in terms of its mean and fluctuating components. It is assumed that the dynamic parcel contemplates the two fundamental bending modes of vibration, orthogonal and linear, as well as the torsional mode, which is assumed constant along the height. The adopted simplifications allow for a low complexity in the process of model design and construction as well as for a very low modeling cost, making more efficient the whole testing process. To validate the device, tests were performed with a reduced scale model of the CAARC Standard Tall Building, which is taken as a standard for the calibration of aeroelastic modeling techniques, in Prof. Joaquim Blessmann boundary layer wind tunnel of the Federal University of Rio Grande do Sul. The obtained results were compared with other researchers' values as well as with results obtained from pressure measurements, in a rigid model. The agreement among the compared values allows the conclusion that the device simulates satisfactorily well the dynamic behaviour of high rise buildings under wind loading, even for aeroelastic phenomena such as the resonance due to vortex shedding. It was also verified the importance of the wind induced torsional effects and the need for its proper consideration in the design process.

Atualmente, o cenário econômico mundial compreende a exploração cada vez mais intensa dos espaços urbanos, através de edificações que buscam maximizar a relação entre área construída e área disponível. Estas edificações, mais flexíveis e mais altas, dependem de avanços no uso de sistemas estruturais inovadores e materiais de elevada resistência com massa reduzida. Como consequência, a sensibilidade à ação dinâmica do vento aumentou. Estruturas esbeltas e flexíveis possuem frequências naturais de vibração livre mais baixas, o que as faz mais suscetíveis a vibrações induzidas pela turbulência atmosférica e pelo desprendimento de vórtices alternados. Essas vibrações têm o potencial de reduzir a segurança estrutural e causar desconforto aos usuários da edificação. A previsão da resposta induzida pela ação dinâmica do vento por métodos analíticos é complexa e de difícil resolução, principalmente para os efeitos transversais no sentido da velocidade média do vento. Em contrapartida, o uso de técnicas experimentais, através de ensaios em túnel de vento com modelos reduzidos, tem se mostrado bastante eficiente em termos de previsão de resultados. Neste contexto, este trabalho apresenta uma investigação numérica e experimental das parcelas estática e flutuante, da resposta nas direções longitudinal e transversal, dos efeitos da ação do vento sobre edifícios altos. O estudo experimental apresenta uma comparação de duas técnicas utilizadas no Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, com um modelo em escala reduzida do CAARC Standard Tall Building. O método experimental de Integração de Pressões em Alta Frequência (HFPI – High Frequency Pressure Integration), está baseado na medição simultânea de pressões dinâmicas no edifício, através de transdutores eletrônicos, e posteriormente na integração dessas pressões para chegar-se a forças dinâmicas que são utilizadas em conjunto com um modelo numérico. A outra técnica consiste no uso de uma base flexível para modelagem aeroelástica de edifícios, através da qual se medem deslocamentos no topo ou momentos fletores na base. Os resultados experimentais são comparados com os resultados teóricos provenientes de formulações analíticas. Utiliza-se a NBR-6123 (1988), Capítulo 9, para a estimativa da resposta dinâmica na direção longitudinal ao vento. Já para a estimativa da resposta na direção transversal ao vento, utilizam-se a metodologia desenvolvida por Liang et al. (2002, pp. 1757-1770), que apresenta um completo modelo analítico para cargas dinâmicas transversais ao vento, e o processo da norma brasileira NBR-6123 Capítulo 10, que considera no cálculo da amplitude à máxima resposta. Demonstra-se que as duas técnicas conduzem a resultados compatíveis para o modelo testado, ao mesmo tempo em que se discutem as respectivas vantagens ou limitações em outras aplicações. / The world economic scenario is presently motivating intense urban land exploration, by means of building technologies that pursue maximizing the relation of built to available area. The buildings are far taller and more flexible than ever, relying on innovative structural systems and materials of improved resistance and reduced weight. As a predictable consequence, the sensitivity of such constructions to the dynamic wind loading has been increased. Such slender and more flexible structures present lower natural vibration frequencies, which makes them more prone to oscillate under atmospheric turbulence and alternate vortex shedding. These vibrations may have the capacity of reducing structural safety or causing discomfort to building users. The estimation of structural response induced by dynamic wind loading through analytical methods is quite complex and unreliable, mainly in respect to across-wind effects. On the other hand, the use of experimental techniques with reduced models tested in wind tunnels has proved to be very accurate and efficient. Within this context, this work presents numerical and experimental investigations of both static (mean) and dynamic (fluctuating) responses for wind loading on tall buildings for both along- and across-wind directions. It is an experimental study consisting of a comparison of two techniques presently used at the Boundary Layer Wind Tunnel "Professor Joaquim Blessmann" at the Federal University of Rio Grande do Sul with the benchmark model CAARC Standard Tall Building. The HFPI (High Frequency Pressure Integration) technique consists in simultaneously measuring the wind induced dynamic pressures at a stiff model surface, with electronic transducers, and integrating these pressures to yield the dynamic wind forces to be used along with a numerical model. The another technique makes use of a flexible base that along with a stiff model compose an aeroelastic model for the building allowing displacements and accelerations of the top and moments of the base to be measured. Experimental results are also compared with theoretical results of analytical procedure. Along-wind response is estimated according to the Brazilian Code NBR-6123 (1988), Chapter 9. The cross-wind response is estimated with the Liang et al. (2002, pp. 1757-1770) model, that it presents a complete analytical model for cross-wind dynamic loads, and the procedure of the Brazilian Code NBR-6123, Chapter 10, which considers to the calculation of the amplitude of the maximum response. It is finally shown that the two experimental techniques conduce to compatible results for the model tested, while advantages and limitations in other applications are also discussed.

abstract: Gnamma pit is an Australian aboriginal term for weathering pit. A mix of weathering and aeolian processes controls the formation of gnamma pits. There is a potential to utilize gnamma as an indicator of paleowind intensity because gnamma growth is promoted by the removal of particles from gnamma pits by wind, a process referred to as deflation. Wind tunnel tests determining the wind velocity threshold of deflation over a range of pit dimensions and particles sizes are conducted. Computational fluid dynamics (CFD) modeling utilizing the Re-Normalisation Group (RNG) K-Epsilon turbulence closure is used to investigate the distribution of wall shear stress and turbulent kinetic energy. An empirical equation is proposed to estimate shear stress as a function of the wind velocity and pit depth dimensions. With this equation and Shields Diagram, the wind velocity threshold for evacuating particles in the pit can be estimated by measuring the pit depth ratio and particle size. It is expected that the pit would continue to grow until this threshold is reached. The wind speed deflation threshold is smaller in the wind tunnel than predicted by the CFD and Shields diagram model. This discrepancy may be explained by the large turbulent kinetic energy in the gnamma pit as predicted by the CFD model as compared to the flat bed experiments used to define the Shields diagram. An empirical regression equation of the wind tunnel data is developed to estimate paleowind maximums. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Geography 2015

“Estas vibrações são as primeiras do seu tipo para as pontes tipo viga….elas mostram a alta estabilidade aerodinâmica e confiabilidade da estrutura" (Anishyuk e Antonova, 2010). Esta é uma citação do porta-voz da empresa responsável pela construção da ponte, com vãos 120m e de 7 km de extensão, em Volgograd, na Rússia – que oscilou tão violentamente sob velocidades baixas do vento em maio de 2010, que os motoristas ficaram enjoados e a ponte foi fechada. As filmagens do movimento da ponte podem ser encontradas facilmente na internet, e causam uma visão perturbadora. O que é mais perturbador é que a empresa responsável pelo seu projeto e construção pôde ser tão ignorante da história das aerodinâmicas de pontes e conceitos aerodinâmicos básicos.As vibrações induzidas por vórtices que tinham atormentadas a Ponte Volgograd são agora atenuadas por um sistema avançado de dispositivos de amortecimento mecânico. Se as medidas de segurança tivessem sido tomadas durante a fase do projeto, a necessidade desses dispositivos de amortecimento poderia ter sido evitada. Uma variedade de dispositivos aerodinâmicos passivos tem apresentado ser extremamente eficaz na supressão das vibrações induzidas por vórtices em velocidades baixas do vento para um número de pontes de grande vão Investigações adequadas em túnel de vento realizadas durante a fase do projeto podem alertar os projetistas da existência de instabilidades aerodinâmicas inerente no projeto, e passos podem ser tomados para modificar o formato do tabuleiro para otimizar o seu desempenho dinâmico sob cargas de vento. Investigações experimentais da efetividade na supressão das vibrações induzidas por vórtices, por uma série de dispositivos aerodinâmicos passivos, têm sido realizadas no Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann, em Porto Alegre. Dispositivos foram projetados com base nas modificações feitas a outros projetos de pontes que sofreram com as vibrações indesejadas da velocidade baixa do vento, tanto no túnel de vento durante a fase do projeto, durante a construção ou após a conclusão da ponte em grande escala. Dispositivos foram testados usando um modelo dinâmico de uma ponte da vida real, e os resultados indicaram que algumas modificações simples a geometria da seção transversal do tabuleiro podem ter um efeito significativo na sua resposta. / “These vibrations are the first of their kind for beam-type bridges….they show the high aerodynamic stability and reliability of the structure” (Anishyuk and Antonova, 2010). This is a quote taken from the spokesman of the company responsible for the construction of the 7km long reinforced concrete bridge in Volgograd, Russia – whose multiple continuous 120 meter spans oscillated so violently under low-wind speed conditions in May of 2010 that motorists became seasick and the bridge was closed. Footage of the bridge’s movement can easily be found on the internet, and makes for disturbing viewing. What is even more disturbing is that the company responsible for its design and construction could be so ignorant to the history of bridge aerodynamics and basic aerodynamic concepts. The vortex-induced vibrations which had plagued the Volgograd Bridge are now mitigated by an advanced system of mechanical damping devices. If proper precautions had been taken during the design stage of the bridge, the necessity of these damping devices could have been avoided. A variety of passive aerodynamic devices have been shown to be extremely effective in the suppression of low wind speed vortex-induced vibrations for a number of long-span bridges Proper wind-tunnel investigations undertaken during the design stage can alert designers to the existence of aerodynamic instabilities inherent to the design, and steps can be taken to modify the shape of the deck to optimise its dynamic performance under wind loads. Experimental investigations of the effectiveness of range of passive aerodynamic devices to suppress vortex-induced vibrations have been conducted at the Professor Joaquim Blessmann Wind-Tunnel, Porto Alegre. Devices were designed based on modifications made to other bridge designs which suffered from unwanted low wind speed vibrations, either in the windtunnel during the design stage, during erection or after completion of the full-scale bridge. Devices were tested using a dynamic section model of a real-life bridge deck design. Results indicate that some simple modifications to the cross-section geometry of the deck can have a substantial effect on its response.

A geração de energia elétrica por meio de aerogeradores de microporte vem ganhando espaço em várias partes do mundo; porém, estudos que descrevem e analisam este artefato, ainda são restritos se comparados a aerogeradores de médio e grande porte. Países como China e Estados Unidos, por exemplo, buscam cada vez mais estudar a microgeração de energia eólica, servindo como motivação para que exista maior número de estudos neste campo, também aqui no país. Neste sentido, a presente pesquisa apresenta análise de perfis NACA com diferentes ângulos de passo visando a microgeração de energia eólica. Para tanto realizou-se levantamento das velocidades de vento na parte superior de um prédio localizado no centro de Porto Alegre durante 5 dias e os perfis aerodinâmicos foram testados no programa computacional Q-Blade. Selecionou-se 3 perfis NACA (0012, 6409, 1412), 3 ângulos de passo (15º, 30° e 45º) e 5 velocidades de vento (de 1m/s à 5 m/s). Os modelos analisados foram obtidos através de impressão 3D. Foram então realizados ensaios aerodinâmicos utilizando o túnel de vento nos quais foram medidos o número de rotação por minuto (RPM), a velocidade de vento da partida da hélice, a tensão, corrente e a potência elétrica, geradas para diferentes configurações de ensaio. O trabalho contribui no sentido de auxiliar projetos que envolvam design e tecnologia que visem à melhoria da funcionalidade prática de microgeradores eólicos de eixo horizontal para as diversas aplicações possíveis. Os resultados apontam que o ângulo de passo de 45º apresenta os maiores índices de rotação, tensão, corrente e potência elétrica para todos os perfis NACA analisados, sendo o perfil NACA 0012 o de maior destaque em relação a esses mesmos parâmetros. / Electric power generation by small scale wind turbines has been gaining space in several parts of the world, however, studies that describe and analyze this artefact, are still more restrict in comparison to medium and large scale wind turbines. Countries such as China and the United States, for example, are increasingly seek to study wind power microgeneration, working as a motivator in order to increase the number of studies in the field, even here in the country. In this matter, the present research presents an analysis of NACA profiles with different pitch angles seeking wind energy microgeneration. In order to do so, it was gathered the wind speed of the top portion of a building located in central Porto Alegre during 5 days and the aerodynamic profiles were tested in the computer program Q-Blade. 3 NACA profiles (0012, 6409, 1412), 3 pitch angles (15º, 30° e 45º) and 5 wind velocities (1m/s to 5 m/s) were selected. The analyzed models were obtained through 3D printing. Aerodynamical tests were performed using the Wind tunnel and were observed the number of rotation per minute (RPM), the wind speed start of the propeller, electric tension, current and power generated for different test configurations. The work contributes to assisting projects that involves design and technology aimed at improving the practical functionality of horizontal axis wind generators for the various possible applications. The results indicate that the 45º pitch angle presents the highest rates of rotation, electric tension, current and power for all the NACA profiles analyzed, with the NACA 0012 profile being the most prominent in relation to these same parameters.

Ao contrário de edificações baixas, nas quais os carregamentos verticais são predominantes, nos edifícios altos os carregamentos horizontais devidos à ação do vento possuem grande importância, muitas vezes se tornando as principais solicitações da edificação. Este trabalho aborda o tema de efeitos dinâmicos em edifícios altos devidos à ação do vento, que provocam, principalmente, oscilações devidas ao desprendimento de vórtices, tanto na direção transversal ao escoamento do vento, quanto oscilações torcionais. Estas oscilações, muitas vezes se tornam ressonantes, provocando grandes deslocamentos à estrutura. Um dos edifícios estudados é um modelo criado a fim de permitir a comparação entre diversos estudos realizados em túneis de vento diferentes, possuindo ampla bibliografia, denominado CAARC Standard Tall Building. O outro modelo é de um edifício real (RCA), construído no Brasil, que apresenta arquitetura diferenciada. Busca-se determinar a resposta em termos de suas componentes médias e flutuantes, para deslocamentos longitudinais e transversais à direção do vento e a torção, através do uso de uma balança dinâmica de três graus de liberdade (BD3GDL), dois em flexão, admitindo que são ortogonais entre si e aproximados de forma linear, e um em torção, aproximado de forma constante, e através do método de integração de pressões em alta freqüência, utilizando modelos em escala reduzida em ensaios em túnel de vento. O primeiro apresentou, para ventos perpendiculares às fachadas, boa concordância entre as respostas encontradas através dos métodos experimentais, além de concordarem também com as respostas encontradas por outros autores. O segundo modelo apresentou no geral, também, boa concordância entre as curvas de resposta obtidas nos ensaios experimentais, para ventos perpendiculares às quatro fachadas, e os métodos teórico-numéricos considerados neste estudo. A BD3GDL simulou satisfatoriamente bem o comportamento dos edifícios altos frente à ação do vento, até mesmo efeitos dinâmicos como o desprendimento cadenciado de vórtices, e mostrou-se uma ferramenta útil em ensaios em túnel de vento, pela facilidade em ajustar os parâmetros dinâmicos dos edifícios testados e pelos resultados coerentes com o esperado e com outros autores e métodos analíticos. / Opposite to low buildings, where vertical loads are predominant, in tall buildings horizontal loads due to wind action have great importance, often becoming the main loading of the building. This research approaches the issue of dynamic wind effects in tall buildings, which cause mainly cross-wind and torsional excitations due to vortex shedding. These oscillations often become resonant, causing large displacements of the structure. One of the buildings studied is a model created in order to allow comparison among various studies in different wind tunnels, having wide bibliography, called CAARC Standard Tall Builging. The other model is a real building (RCA), built in Brazil, with distinct architecture. The aim is to determine along-wind, cross-wind and torsional response in terms of their mean and fluctuating components, using a dynamic balance with three degrees of freedom (BD3GDL), two bending, assuming they are orthogonal and linear, and one torsional, which is assumed constant along the height, and through the high frequency pressure integration (HFPI) method, using reduced scale models in wind tunnel tests. The obtained experimental results for CAARC for normal wind acting on the facade were compared with other researchers’ values and they were in good agreement. The obtained experimental results for the Brazilian building for normal wind to the four facades, were compared with values obtained from theoretical-numerical methods considered in this study and they were, generally, also in good agreement. The BD3GDL simulated satisfactorily well the dynamic behavior of tall buildings under wind loading, even for an aeroelastic phenomena such as the resonance due to vortex shedding. The dynamic balance with three degrees of freedom has proved a useful tool in wind tunnel tests, for the facility to adjust the dynamic parameters of buildings tested and the results consistent with expectations as well as with other authors and analytical methods.

Faz-se notória a ideia de que o crescimento das cidades e o consequente aumento no adensamento das mesmas é, nos dias atuais, um fato inevitável; e que o homem, ao modificar o meio natural, o faz quase sempre de forma danosa. Formação de ilhas de calor, aumento do consumo de energia, dificuldade na dispersão de poluentes, diminuição do ângulo de visão do céu, diminuição da taxa de permeabilidade do solo entre outros, são problemas frequentemente relacionados com a densificação e verticalização das cidades. A utilização de modelos reduzidos para simulações experimentais em túneis de vento das condições naturais de ventilação se mostram eficazes, além de reduzir custos em pesquisas nesta área. Embasando-se em tais pressupostos, o presente trabalho pretende verificar as alterações das características dos escoamentos de vento provocadas por distintos padrões de ocupação do solo urbano no bairro do Altiplano Cabo Branco, na cidade de João Pessoa-PB. A área em estudo atravessa um processo acelerado de modificação nas suas características de ocupação urbana, conduzido pelas alterações dos indicadores urbanísticos locais, antes mais restritivos, possibilitando agora edificações com gabaritos em altura significativamente maiores do que os anteriormente observados no local. Parte-se então da hipótese de que o processo de verticalização resultante deste crescimento é capaz de alterar os escoamentos de ventos não apenas nas áreas onde este ocorre, mas também em áreas contíguas. No desenvolvimento deste trabalho, de caráter experimental, foram avaliados dois modelos de adensamentos urbanos para a área de estudo O primeiro deles reproduz a ocupação da área conforme se encontrava antes de mudanças ocorridas nos indicadores urbanísticos para o local. O segundo apresenta a configuração atual de ocupação da área, delineada pela legislação em vigor. Para viabilizar esta avaliação serão realizados ensaios no Túnel de Vento de retorno fechado, Professor Joaquim Blessmann, do Laboratório de Aerodinâmica das Construções da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, utilizando maquetes (modelos) em escala reduzida e observando os requerimentos necessários estabelecidos para este padrão de estudo experimental. Foram utilizados nos ensaios para cada uma das duas configurações de vizinhança dois ângulos de ataque de vento, 150 e 90 graus, tomando como referência o atlas de vento do local de estudo. A partir da análise dos resultados obtidos é possível concluir que a verticalização, da maneira como propõe legislação atual para a área, não apresenta perdas significativas no que se refere aos escoamentos (ventos) quando comparada com o padrão de ocupação anterior sem os edifícios altos. As áreas adjacentes também não sofrem maiores prejuízos no que se refere aos escoamentos quando comparados os dois modelos. / What is worth elucidating is the idea about city expansion and consequent increasing effects of the densification is, now are days, an unavoidable fact; and that human, by modifying the natural environment, does so always in a destructive way. Formation of heat island, increase of the energy consumption, difficulty in the dispersion of pollutants, reduction in the sky view angle, diminution of the level of soil permeability among others, are problem frequently related to densification and verticalization of cities. The use of reduced models for experimental simulation in wind tunnel considering natural conditions of ventilation prove to be effective, apart from low down cost of experiments in this area of research. Based on such assumption, the aim of this research was to verify the alterations of wind flow characteristics provoked on distinct occupation pattern of urban soil in the district of Altiplano Cabo Branco, in the city of João Pesssoa-PB. The studied site passed through a fast process of physical modification in its urban occupation characteristics, conducted by local urban indicators, which was earlier more restrictive, presently permitting building with considerable standard that are higher than those, which were formerly observed on site. Based on the assumption that the process of verticalization as a product of growth may alter the wind flow not only in the areas where it occurs but also in adjacent areas In developing this work, experimentally, two models of urban concentrations were examined on the study area. The first was reproduced on the occupation of the area as it was founded before the changes in the local urban indicators. The second shows the current configuration of occupation of the area outlined by the current legislation. To make this assessment tests were carried out in the Boundary layer wind tunnel, Professor Joaquim Blessmann, of Federal University of Rio Grande do Sul, by use of model building of reduced scale and observing the necessary requirements established for this standard experimental study. Two angles of attack of wind were utilized in the two experiments, 150 and 90 degrees, with reference to the wind atlas of site of study. From the result of this analysis we conclude that virtualization of the occupation proposed by the current proposed legislation for the site does not present significant losses when compared with the previous standard of occupation lacking the tall buildings. Adjacent areas do not affected by losses in relation to the wind flow of the two models that was compared.

O estudo experimental dos processos de dispersão atmosférica de poluentes permite a análise de problemas específicos e a avaliação dos modelos teórico-numéricos. Os custos da experimentação de campo conduzem à realização de estudos de laboratório em modelos reduzidos. Este trabalho tem por objetivo principal a reprodução dos ventos atmosféricos e dos processos de dispersão em escala reduzida em túnel de vento. Foram estabelecidos os requerimentos gerais de modelagem para os diversos problemas relacionados com o estudo experimental da dispersão de poluentes atmosféricos, incluindo a simulação da camada limite atmosférica e da fonte de emissão. A partir desta análise, foram desenvolvidos e avaliados diversos modelos experimentais dos ventos turbulentos na camada limite atmosférica neutral utilizando velocidades médias muito baixas que permitam cumprir os requerimentos de semelhança do processo de dispersão. As simulações incluem ventos turbulentos sobre terrenos homogêneos a diferentes escalas. Na avaliação experimental foram utilizados dados da literatura e comparações diretas com resultados de campo para a condição de atmosfera em estabilidade neutra. Foram estudados escoamentos turbulentos mais complexos nas proximidades de um modelo simples de uma edificação e em um entorno urbano não homogêneo. Para os estudos da difusão atmosférica, foi estabelecida a prioridade da modelagem de problemas locais de dispersão. Foi modelada uma fonte de emissão pontual de baixa altura representativa de uma chaminé que permita a modificação das condições de empuxo da pluma. A análise do processo de dispersão e das concentrações foi realizada considerando diversas configurações que incluem a fonte de emissão isolada num escoamento homogêneo, a consideração dos efeitos da esteira próxima ao modelo de uma edificação, e finalmente de um terreno urbano não homogêneo. Foram determinadas as concentrações médias e as flutuações de concentração na pluma. Estes resultados permitiram obter os campos de concentração e, a partir das funções de densidade de probabilidade e funções de densidade espectral, analisar as zonas de intermitência no campo de concentração. Comparações com resultados da literatura e com modelos teóricos complementam o estudo realizado. É dada ênfase na análise das flutuações de concentração e na intermitência dos processos de dispersão, dada a importância do seu conhecimento para o desenvolvimento de modelos bem como à escassa informação experimental na bibliografia. Os resultados deste trabalho permitem estabelecer a viabilidade da simulação da camada atmosférica neutral e dos estudos de dispersão em túnel de vento, determinando vantagens e limitações dos modelos reduzidos. A influência das características do escoamento turbulento, das configurações próximas do terreno e das características da emissão no processo de dispersão foi estudada. Finalmente, são analisadas as condições de intermitência associadas aos escoamentos turbulentos e, em particular, aos campos de concentração próximos a uma fonte de emissão. / The experimental study of the pollutant dispersion processes allows the analysis of specific problems as well as the evaluation of theoretical models. The costs related to full scale measurements make the experimental studies over reduced scaled models a better research tool. This work has the aim of modeling some kinds of atmospheric winds and related dispersion processes in wind tunnels. The general modeling laws related to the experimental study of pollutants dispersion were followed, including the boundary layer simulation and the emission source. Several experimental models of the turbulent winds in neutral boundary layers were developed and evaluated by using very low wind velocities, allowing the fulfillment of the similitude laws of the dispersion process. The simulations include turbulent winds over homogeneous terrains at different scales. Literature data were used in the experimental evaluation as well as direct comparisons with field results for the atmosphere under neutral stability conditions. Also, more complex turbulent flows were studied in the close proximities of a simple building model in a non homogeneous surrounding. For the atmospheric diffusion studies, it was decided to model local dispersion situations. A single, punctual type of emission source was modeled, representing the conditions at a low height chimney and allowing the modification of the plume buoyancy conditions. The analysis of the dispersion process and concentrations was performed under several configurations including the isolated source emission in a homogeneous flow, the consideration of the wake effects close to a building model, and finally of a non homogeneous urban terrain. The mean and fluctuating components of the plume concentration were obtained. These results allowed the characterization of the concentration fields. From the probability and spectral density functions it was possible to analyze the intermittence of the concentration field. Comparisons with literature results and with theoretical models complement the study. Special care is taken in the analysis of the fluctuations of the concentration and in the intermittence of the dispersion processes, due to its importance to the development of theoretical models as well as the lack of experimental information in the open literature.

A aeroelasticidade é a ciência que estuda os fenômenos provenientes das interações entre forças aerodinâmicas, elásticas e inerciais. Estes fenômenos podem ser classificados como estáticos ou dinâmicos e estes divididos em problemas de estabilidade ou de resposta. Destaca-se aqui o flutter, um fenômeno aeroelástico dinâmico de estabilidade. A velocidade crítica de flutter é a fronteira entre a estabilidade e instabilidade de um sistema aeroelástico. Em velocidades menores que a crítica qualquer oscilação é amortecida ao longo do tempo. Na velocidade crítica o sistema aeroelástico apresenta oscilações auto excitadas com amplitude e frequência constantes. Acima da velocidade crítica verificam-se oscilações instáveis que resultam na falha de uma estrutura. Este trabalho apresenta o projeto, fabricação e testes de um modelo experimental para testes de flutter em túnel de vento. O modelo experimental é composto por uma asa rígida conectada a uma suspensão elástica que atribui dois graus de liberdade ao experimento. As características inerciais e elásticas do modelo experimental são determinadas e utilizadas em um modelo aeroelástico computacional. Este modelo utiliza as equações de movimento para uma seção típica combinadas com o modelo aerodinâmico não estacionário de Theodorsen. O método V-g é utilizado para a solução do problema de flutter, ou seja, determinação da velocidade crítica de flutter. Esta solução é confrontada com a velocidade crítica medida em ensaios em túnel de vento. A evolução aeroelástica do modelo experimental é medida e apresentada como respostas no domínio do tempo e da frequência. / Aeroelasticity is the science which studies the interaction among inertial, elastic, and aerodynamic forces. Aeroelastic phenomena can be divided in static and dynamic problems and these studied as problems of stability or response. Flutter is a dynamic aeroelastic problem of stability and one of the most representative topics of aeroelasticity. The critical flutter speed can be defined as the frontier between stability and instability. Below the critical speed vibrations are damped out as time proceeds. At the critical flutter speed the system presents a self-sustained oscillatory behavior with constant frequency and amplitude. Unstable oscillations are observed for speeds above the critical one leading to structural failure. The design, fabrication and tests of an experimental model for flutter tests in wind tunnels are presented in this work. The experimental model has a rigid wing connected to a flexible suspension that allows vibrations in two degrees of freedom. The elastic and inertial parameters of the experimental system are used in a computational aeroelastic model. The equations of motion for a typical aeroelastic section and an unsteady aerodynamic model given by Theodorsen are combined and the resulting aeroelastic equations are solved using the V-g method. The computational results are compared with the experimental critical flutter speed measured in wind tunnel tests. The experimental aeroelastic behavior with increasing airflow speed is given in time and frequency domain.

Atualmente, o cenário econômico mundial compreende a exploração cada vez mais intensa dos espaços urbanos, através de edificações que buscam maximizar a relação entre área construída e área disponível. Estas edificações, mais flexíveis e mais altas, dependem de avanços no uso de sistemas estruturais inovadores e materiais de elevada resistência com massa reduzida. Como consequência, a sensibilidade à ação dinâmica do vento aumentou. Estruturas esbeltas e flexíveis possuem frequências naturais de vibração livre mais baixas, o que as faz mais suscetíveis a vibrações induzidas pela turbulência atmosférica e pelo desprendimento de vórtices alternados. Essas vibrações têm o potencial de reduzir a segurança estrutural e causar desconforto aos usuários da edificação. A previsão da resposta induzida pela ação dinâmica do vento por métodos analíticos é complexa e de difícil resolução, principalmente para os efeitos transversais no sentido da velocidade média do vento. Em contrapartida, o uso de técnicas experimentais, através de ensaios em túnel de vento com modelos reduzidos, tem se mostrado bastante eficiente em termos de previsão de resultados. Neste contexto, este trabalho apresenta uma investigação numérica e experimental das parcelas estática e flutuante, da resposta nas direções longitudinal e transversal, dos efeitos da ação do vento sobre edifícios altos. O estudo experimental apresenta uma comparação de duas técnicas utilizadas no Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, com um modelo em escala reduzida do CAARC Standard Tall Building. O método experimental de Integração de Pressões em Alta Frequência (HFPI – High Frequency Pressure Integration), está baseado na medição simultânea de pressões dinâmicas no edifício, através de transdutores eletrônicos, e posteriormente na integração dessas pressões para chegar-se a forças dinâmicas que são utilizadas em conjunto com um modelo numérico. A outra técnica consiste no uso de uma base flexível para modelagem aeroelástica de edifícios, através da qual se medem deslocamentos no topo ou momentos fletores na base. Os resultados experimentais são comparados com os resultados teóricos provenientes de formulações analíticas. Utiliza-se a NBR-6123 (1988), Capítulo 9, para a estimativa da resposta dinâmica na direção longitudinal ao vento. Já para a estimativa da resposta na direção transversal ao vento, utilizam-se a metodologia desenvolvida por Liang et al. (2002, pp. 1757-1770), que apresenta um completo modelo analítico para cargas dinâmicas transversais ao vento, e o processo da norma brasileira NBR-6123 Capítulo 10, que considera no cálculo da amplitude à máxima resposta. Demonstra-se que as duas técnicas conduzem a resultados compatíveis para o modelo testado, ao mesmo tempo em que se discutem as respectivas vantagens ou limitações em outras aplicações. / The world economic scenario is presently motivating intense urban land exploration, by means of building technologies that pursue maximizing the relation of built to available area. The buildings are far taller and more flexible than ever, relying on innovative structural systems and materials of improved resistance and reduced weight. As a predictable consequence, the sensitivity of such constructions to the dynamic wind loading has been increased. Such slender and more flexible structures present lower natural vibration frequencies, which makes them more prone to oscillate under atmospheric turbulence and alternate vortex shedding. These vibrations may have the capacity of reducing structural safety or causing discomfort to building users. The estimation of structural response induced by dynamic wind loading through analytical methods is quite complex and unreliable, mainly in respect to across-wind effects. On the other hand, the use of experimental techniques with reduced models tested in wind tunnels has proved to be very accurate and efficient. Within this context, this work presents numerical and experimental investigations of both static (mean) and dynamic (fluctuating) responses for wind loading on tall buildings for both along- and across-wind directions. It is an experimental study consisting of a comparison of two techniques presently used at the Boundary Layer Wind Tunnel "Professor Joaquim Blessmann" at the Federal University of Rio Grande do Sul with the benchmark model CAARC Standard Tall Building. The HFPI (High Frequency Pressure Integration) technique consists in simultaneously measuring the wind induced dynamic pressures at a stiff model surface, with electronic transducers, and integrating these pressures to yield the dynamic wind forces to be used along with a numerical model. The another technique makes use of a flexible base that along with a stiff model compose an aeroelastic model for the building allowing displacements and accelerations of the top and moments of the base to be measured. Experimental results are also compared with theoretical results of analytical procedure. Along-wind response is estimated according to the Brazilian Code NBR-6123 (1988), Chapter 9. The cross-wind response is estimated with the Liang et al. (2002, pp. 1757-1770) model, that it presents a complete analytical model for cross-wind dynamic loads, and the procedure of the Brazilian Code NBR-6123, Chapter 10, which considers to the calculation of the amplitude of the maximum response. It is finally shown that the two experimental techniques conduce to compatible results for the model tested, while advantages and limitations in other applications are also discussed.