feat: unified 0 and 90 degree PDF envelope and category descriptors

2026-07-08 19:52:34 +00:00
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+/**
+ * Mudança de rugosidade do terreno — NBR 6123:2023, sec. 5.5
+ *
+ * Implementa o perfil de velocidades (fatores S₂) na zona de transição
+ * entre duas categorias de rugosidade.
+ */
+
+import type { TerrainCategory } from './wind-kernel';
+import { Z0_BY_CATEGORY, ZG_BY_CATEGORY } from './nbr-tables/table-5';
+
+export interface RoughnessTransitionInput {
+  /** Categoria da edificação (terreno próximo) */
+  near: TerrainCategory;
+  /** Categoria do terreno a barlavento (mais afastado) */
+  far: TerrainCategory;
+  /** Distância horizontal x a partir da linha de mudança (m) */
+  distance: number;
+  /** Altura z acima do terreno (m) */
+  height: number;
+}
+
+export interface RoughnessTransitionResult {
+  z1: number;
+  z2: number;
+  /** S₂ equivalente na posição (x, z) */
+  s2: number;
+}
+
+/** Calcula A conforme sec. 5.5.1 ou 5.5.2 */
+function coefficientA(z02: number, z01: number, case2to1: boolean): number {
+  if (case2to1) {
+    return 0.63 - 0.03 * Math.log(z02 / z01);
+  }
+  return 0.73 - 0.03 * Math.log(z02 / z01);
+}
+
+/**
+ * Cálculo da altura z₁ (topo da camada de transição — perfil da
+ * categoria mais próxima). Caso 5.5.1: z_{02} > z_{01}.
+ */
+function computeZ1(z02: number, z01: number, x: number, case2to1: boolean): number {
+  const A = coefficientA(z02, z01, case2to1);
+  return A * z02 * Math.pow(x / z02, 0.8);
+}
+
+/** Caso 5.5.2: z_{02} < z_{01} — calcula z₁ diferente */
+function computeZ1Case5_5_2(z02: number, x: number): number {
+  const A = 0.73 - 0.03 * Math.log(z02 / 0.07);
+  return A * z02 * Math.pow(x / z02, 0.8);
+}
+
+/** S₂ da categoria para uma altura z (usa tabela de parâmetros) */
+function s2FromCategory(cat: TerrainCategory, z: number, params: Map<TerrainCategory, { b: number; p: number; fr: number }>): number {
+  const p = params.get(cat);
+  if (!p) throw new Error(`Categoria inválida: ${cat}`);
+  const zEff = Math.max(5, Math.min(z, ZG_BY_CATEGORY[cat]));
+  return p.b * p.fr * Math.pow(zEff / 10, p.p);
+}
+
+/**
+ * Calcula S₂ efetivo considerando mudança de rugosidade.
+ * Requer tabela de parâmetros já construída pelo chamador (vide
+ * `getDefaultParams` em wind-kernel).
+ */
+export function applyRoughnessChange(
+  input: RoughnessTransitionInput,
+  params: Map<TerrainCategory, { b: number; p: number; fr: number }>,
+): RoughnessTransitionResult {
+  const { near, far, distance, height } = input;
+  const z01 = Z0_BY_CATEGORY[near];
+  const z02 = Z0_BY_CATEGORY[far];
+  const x = Math.max(0, distance);
+
+  const case2to1 = z02 > z01;
+
+  let z1: number;
+  if (case2to1) {
+    z1 = computeZ1(z02, z01, x, true);
+  } else {
+    z1 = computeZ1Case5_5_2(z02, x);
+  }
+
+  const s2Far = s2FromCategory(far, height, params);
+  const s2Near = s2FromCategory(near, height, params);
+
+  let s2: number;
+  if (height >= z1) {
+    s2 = s2Far;
+  } else {
+    const z2 = case2to1
+      ? 0.36 * z02 * Math.pow(x / z02, 0.8)
+      : 0.36 * z02 * Math.pow(x / z02, 0.8);
+    if (height <= z2) {
+      s2 = s2Near;
+    } else {
+      const t = (height - z2) / (z1 - z2);
+      s2 = s2Near + t * (s2Far - s2Near);
+    }
+  }
+
+  return { z1, z2: 0.36 * Z0_BY_CATEGORY[far] * Math.pow(x / Z0_BY_CATEGORY[far], 0.8), s2 };
+}