Tese
Estudo analítico-numérico e experimental de problemas de interação dinâmica fluido-estrutura com aplicação a barragens e eclusas de concreto
Fecha
2022-10-04Registro en:
FRANÇA JÚNIOR, Davidson de Oliveira. Estudo analítico-numérico e experimental de problemas de interação dinâmica fluido-estrutura com aplicação a barragens e eclusas de concreto. 2022. xxx, 262 f., il. Tese (Doutorado em Estruturas e Construção Civil) — Universidade de Brasília, Brasília, 2022.
Autor
França Júnior, Davidson de Oliveira
Institución
Resumen
As barragens e eclusas de gravidade em concreto são estruturas, quase sempre de grande
porte, as quais possuem acentuada variedade de uso, conforme a necessidade de cada região,
onde são implantadas. Na engenharia dessas estruturas é imprescindível a garantia das
mínimas condições de segurança, uma vez que o rompimento delas, pode gerar verdadeiras
catástrofes tanto no âmbito econômico quanto no social e ambiental. Decorrente disso, este
trabalho aborda um estudo analítico-numérico e experimental de problemas de interação
dinâmica fluido-estrutura, com aplicação em barragens e eclusas de gravidade em concreto.
A princípio, uma metodologia analítica simplificada, denominada Artifício do Campo de
Pressão Prescrito (ACPP), foi feita para determinar as frequências naturais desacopladas e
acopladas fluido-estrutura associadas aos modos dominantes de massa adicional em um
regime incompressível. O ACPP abrange estruturas com inércia constante ou linearmente
variável, bem como possibilita obter as frequências associadas as pressões hidrodinâmicas
impulsivas para diferentes modos de vibração em um problema acoplado barragemreservatório e eclusa-reservatório. Os resultados obtidos pelo ACPP foram confrontados com
o Método dos Elementos Finitos (MEF) por meio do software ANSYS®, com o Método
Pseudo-dinâmico, com o Método da Matriz de Transferência Modificado (MMTM) e com
resultados disponíveis na literatura. Os estudos comparativos foram aplicados em diversas
geometrias de barragens e eclusas. As respostas das frequências foram satisfatórias e
demonstraram diferenças percentuais inferiores a 5% no regime incompressível. No regime
compressível as diferenças percentuais são maiores (em torno de 10 a 20%). O ACPP
também foi aplicado na determinação das frequências na barragem de Pina Flat, barragem
de Tsuruda e barragem de Koyna. Um estudo paramétrico avaliando a influência de
parâmetros atrelados as dimensões geométricas do reservatório acoplado a barragens e
eclusas foi apresentado. Além disso, na análise da interação eclusa-reservatório, um estudo
foi feito para investigar as frequências naturais e modos de vibração associados as ondas de
superfície livre sloshing com aplicação na eclusa de Tucuruí. Por fim, para complementar o estudo do sloshing, o trabalho contempla uma abordagem experimental. Uma mesa
vibratória harmônica foi construída e utilizada para estudar os efeitos de superfície livre
sloshing em reservatório com fronteiras rígidas. Nessa perspectiva, a Técnica de Captura de
Movimento por Vídeo (TCMV) foi utilizada para aquisição dos resultados experimentais.
Os estudos comparativos nas frequências naturais e pressões convectivas (sloshing) obtidas
analiticamente, numericamente e experimentalmente apresentaram diferenças percentuais
máximas de 7,32%. Portanto, este trabalho contribui em diversos aspectos relacionados à
interação fluido-estrutura em barragens e eclusas.