[pt] A indústria de geração elétrica de fonte nuclear baseia-se em princípios de segurança e, nos critérios de projeto, considera-se a hipótese de terremoto. Os sistemas necessários à segurança são projetados para resistir e manter a operabilidade durante e após eventos sísmicos postulados. Propõe-se um roteiro para a produção de espectros de resposta sísmica para projeto de sistemas secundários, SS, incluindo a influência do acoplamento e em base probabilística. O roteiro utiliza a ferramenta SASSI, pode ser utilizado em situações gerais de cálculo e fornece um conjunto de programas para considerar modelos tridimensionais e suas respostas para uma excitação genérica em 3 direções ortogonais; representar os efeitos de acoplamento entre o SS e o sistema principal, SP; incluir a influência dos deslocamentos relativos entre os nós de apoio do sistema secundário no sistema principal; utilizar os fatores de transposição entre espectros elásticos e inelásticos; permitir a análise probabilística e a obtenção de Espectros de Resposta Uniformemente Prováveis, acoplados ou não; incluir interfaces para a utilização de seus resultados com outros programas de utilização geral, como o MS-EXCEL. O elevado grau de automatização permite a produção de espectros de resposta com refinamentos de modelagem, alcançando uma análise mais realista, sem a necessidade de esforços adicionais aos já requeridos pela metodologia convencional. A metodologia proposta enquadra-se no encaminhamento para o contexto atual de análise sísmica de instalações nucleares, com a utilização de espectros de resposta de projeto de ameaça uniforme, específico para o sítio da instalação, e o projeto sísmico de risco consistente. / [en] The electric power reactor industry is based on rigid safety principles. The design criteria include seismic scenario. All safety related systems are designed to resist and to keep the operability during and after a postulated earthquake. It is suggested a procedure for the generation of in-structure seismic response spectra for secondary system design. A probabilistic approach is used and coupling effects between primary and secondary systems are taken into account. The proposed script uses SASSI system and can be used in general situations. A set of computer programs is developed to consider three-dimensional models and their responses for a generic base excitation, acting in 3 orthogonal directions; represent the coupling effect between primary and secondary systems, include the influence, on the response spectra, of the secondary system supports relative displacements; include approximated factors for transposition of elastic into inelastic response spectra; produce Uniformly Probable Response Spectra, including or not coupling effects; consider interfaces with other general programs, as the MS-EXCEL, for pos-processing purpose. The degree of automation, allows the production of response spectra including modeling refinements, reaching a more realistic analysis, without additional efforts beyond those already required by the conventional methodology. The proposed methodology is in the way of a site specific uniform hazard design response spectra, and of a consistent-risk seismic design.

[pt] Esta dissertação apresenta uma comparação dos métodos utilizados para análise da estabilidade dinâmica de taludes de solo através de métodos pseudoestáticos (equilíbrio limite) e dinâmicos (método dos elementos finitos). Com ambos os métodos foram estudadas as características de estabilidade de 47 perfis de taludes da Costa Verde, faixa litorânea na cidade de Lima, Peru, abrigando importante rodovia ladeada por 8,25 km de taludes íngremes e de grande altura. Nesta região a ocorrência de sismos é freqüente, devido ao fenômeno da subducção da placa de Nazca sob a placa Continental Sul-Americana. O sismo de projeto foi estabelecido em relação a estudos regionais de risco sísmico e o acelerograma utilizado corresponde ao registrado no terremoto de Lima de 03 de outubro de 1974, normalizado para uma aceleração máxima de projeto de 0,33g. Os resultado obtidos pelos métodos pseudo-estáticos e pelo método dos elementos finitos apresentam diferenças em alguns dos perfis analisados, provavelmente porque os métodos pseudo-estáticos geralmente consideram as forças de inércia constantes na fatia e sem mudança de sentido durante o período da excitação sísmica. / [en] This thesis presents a comparison between the methods generally used for dynamic stability analysis of earth slopes, based either on a pseudo-static approach (limit equilibrium method) or on a dynamic approach (finite element method). Forty-seven profiles from the Costa Verde slopes located in Lima, Peru, were analyzed with both classes of methods. In this region seismic activity is quite common, caused by subduction of the Nazca plate into the South American Plate. The design seism was established from regional studies of seismic risks and the accelerogram used in this research corresponds to the seismic records from a major earthquake that hit Lima on October 3rd, 1974, herein normalized with respect to the maximum design acceleration of 0,33g. The results obtained with pseudo-static and the finite element methods presented differences in some specific soil profiles, probably because the pseudostatic methods admit that the inertial forces are constants through a soil slice and there are no changes in direction of the dynamic forces during the period of seismic excitation.

[pt] Construção de barragens de terra é uma atividade milenar, empregada com o objetivo de atender às mais diversas necessidades humanas como o armazenamento de água, irrigação, regularização de cursos d água, geração de enregia elétrica, etc. Ao longo da história, o projeto destas obras de terra passou de conceito simples, baseados em técnicas empíricas e regras intuitivas, para as análises modernas que consideram o comportamento da barragem em suas diversas fases de vidas (construção, enchimento do reservatório, regime de plena operação), sob carregados estáticos e sísmicos, condições de contorno complexas e sofisticadas relações constitutivas dos materiais da estrutura e do maciço de fundação. Nesta trabalho a construção, primeiro enchimento do reservatório e a resposta sísmica da barragem de terra de Pomacocha, Peru, são analisados pelo método dos elementos finitos, utilizando o software ABAQUS (versus 6.3). Os campos de tensão e de deslocamentos para diversos estágios de aplicação dos carregamentos estático e sísmico são apresentados, incluindo-se histórias de deformação e de tensão para determinados pontos do corpo da barragem e do solo de fundação. / [en] Dam construction is a millenary activity, carried out with the objective of fulfilling human necessities as water supply, land irrigation, water flow regularization, electric power generation, etc. Along the history, the design of these earthworks evolved from simple concepts, based on empirical techniques and rules of thumb, to modern analyses that consider all phases of a dam s life (construction, first reservoir filling, full operation) understatic and seismic loads, as well as complex boundary conditions and sophisticated constitutive relationships for the structure itself and the foundation mass. In this work, the construction, first reservoir filling and the seismic response of the Pomacocha Dam, located in Peru, are analyzed by the finite element method using the software ABAQUS (version 6.2). At several loading stages the corresponding stress and displacement are presented as well as, for some specific points in the dam body and in the foundation soil, the characteristic stress and strain histories during the static and seismic loads.

[pt] Esta pesquisa investiga o comportamento sísmico da barragem de terra de Breapampa, situada no Peru em zona de atividade sísmica. A previsão numérica é feita com auxílio do programa computacional FLAC 2D v.7, baseado no método das diferenças finitas. É simulada a construção incremental da barragem, a elevação gradual do nível d água do reservatório durante a etapa do primeiro enchimento do reservatório, é estabelecida a posição da linha freática em regime de fluxo permanente e são calculados os fatores de segurança estático da estabilidade dos taludes nas condições de final da construção e após o primeiro enchimento do reservatório. A simulação do comportamento sísmico da barragem é feita em seguida, discutindo-se vários e importantes aspectos que devem ser considerados para uma correta análise como a seleção do terremoto de projeto, a filtragem de altas frequências para minimizar o número de elementos da malha, a introdução de condições de contorno silenciosas, a escolha de modelos constitutivos incluindo a incorporação de amortecimento histerético, entre outros pontos. A resposta sísmica da barragem, nas condições de reservatório vazio e reservatório cheio, foi obtida em termos de deslocamentos permanentes, história de deslocamentos, amplificações da aceleração horizontal, desenvolvimento de poropressões no corpo da barragem e potencial de ruptura cíclica no material do núcleo. / [en] This research investigates the seismic behavior of the Breapampa earth dam, situated in Peru within a seismic activity zone. The numerical prediction is carried out using the computer program FLAC 2D v.7, based on the finite difference method. it is simulated the incremental construction of the dam, the gradual raise of the water level during the stage of reservoir impounding, the establishment of the phreatic line under steady state flow and the determination of safety factor for the stability of the soil slopes considering both conditions of after construction and after reservoir impounding. The modeling of the seismic behavior of the dam is then made with detailed discussion of several important aspects for a correct analysis such as the selection of the design earthquake, the filtering of high frequencies in order to minimize the number of elements in the mesh, the introduction of silent boundaries, the choice of proper constitutive soil models including the representation of hysteretic damping, among others points. The seismic response of the dam, under the conditions of full and empty reservoir, was obtained in terms of permanent displacements, displacement history, amplifications horizontal acceleration amplification, porepressure distribution and potential of cyclic failure in the saturated material of the core of the dam.

[pt] Apresenta-se um estudo de avaliação dos critérios e métodos que são empregados atualmente na análise e projeto dos sistemas de tubulação nas usinas nucleares assim como a verificação da aplicação de alguns dos novos critérios apresentados pela comunidade técnico-científica internacional, dentro do método de análise modal-espectral. Estudam-se os tópicos da interação entre o sistema de tubulação e a estrutura que o suporta mediante o uso de espectros acoplados, a consideração do efeito do deslocamento relativo dos apoios da tubulação, usando-se espectros que o consideram ou uma excitação espectral múltipla, a introdução da combinação dos máximos modais dependendo da posição relativa das suas freqüências e a inclusão da resposta espectral correspondente aos modos de alta freqüência ou modos rígidos. A ferramenta básica de análise é constituída pelo programa computacional ANSYS. A avaliação é feita sobre parâmetros de esforços internos em trechos de um modelo de um sistema real de tubulações da usina nuclear brasileira, Angra 3. Os padrões são obtidos por análises no tempo de cada modelo sob o acelerograma de projeto. Conclusões são apresentadas sobre as atitudes mais convenientes para a atual conjuntura brasileira de projeto. / [en] The main concern of this work is with the application of the modal spectral seismic analysis to secondary structural systems of nuclear power plants, with the large amount of conservatism which is included in them, and, of course, with the consequences to the particular case of the plants under construction in Brazil. One considers the design analysis methods which have been used so far in Brazil, as well as the most recent developments in the area, in USA and in Europe, to conclude about the adequacy of those procedures and recommend eventual changes to them. One then studies the subjects of the coupling effect between the primary and secondary system responses, the influence of the piping support relative displacements, the contribution of the cross-correlation among response modal components and the participation in the overall response of the so-called rigid modes. The main computer program aid is taken from an ANSYS-2 version and one uses a reduced model of a piping system as the secondary system and a 3-D beam element model of a reactor building as the primary system. The spectral analysis results are compared to time domain solutions using the same structural models excited by a design accelerogram. Conclusions and recommendations are oriented to the present design practice in Brazil. / [es] En esta tesis se presenta un estudio de evaluación de los criterios y métodos que se emplean actualmente en el análisis y proyecto de los sistemas de tubulación en las plantas nucleares así como la verificación de la aplicación de algunos de los nuevos criterios presentados por la comunidad técnico-científica internacional, dentro del método de análisis modal-espectral. Se estudian los tópicos de la interacción entre el sistema de tubulación y la extructura que él soporta mediante el uso de espectros acoplados; la consideración del efecto de deslocamiento relativo de los apoyos de la tubulación, utilizando espectros que lo consideran o una excitación espectral múltipla; la introdución de la combinación de los máximos modales dependiendo de la posición relativa de las sus frecuencias y la inclusión de la respuesta espectral correspondiente a los modos de alta frecuencia o modos rígidos. La herramienta básica de análisis es el programa computacional ANSYS. La evaluación se realiza sobre parámetros de esfuerzos internos en trechos de un modelo de un sistema real de tuberías de la planta nuclear brasilera, Angra 3. Los padrones se obtienen por análisis en el tiempo de cada modelo bajo el acelerograma de proyecto. Se presentan conclusiones sobre las actitudes más convenientes para la actual conyuntura brasilera.

[pt] Enfoca-se a análise sísmica de usinas termonucleares sob metodologia no domínio da frequência utilizando-se como modelo, o do prédio do reator da usina Angra 3 e como principal ferramenta o programa de análise de problemas com interação solo-estrutura, SASSI. São avaliadas alternativas para três fases distintas do projeto: geração de sismos artificiais, análise do sistema principal e desenvolvimento de espectros para análise do sistema secundário. Na geração de sismos artificiais, a introdução de critérios de compatibilização complementares ao do espectro de resposta é avaliada considerando-se as consequências sobre as respostas em um ponto da estrutura. No sistema principal, sujeito a excitações sísmicas nas direções horizontal e vertical, comparam-se soluções no domínio do tempo e da freqüência e se reconhece a metodologia na frequência como uma alternativa conveniente à análise no tempo para cálculo de respostas em termos de acelerações , deslocamentos e tensões máximas e de espectros de acelerações. São ainda, desenvolvidos espectros de resposta acoplados para a análise de sistemas secundários segundo sistemática já proposta, para cálculo no domínio do tempo, que comparados com estes, alcançam amplitudes da mesma ordem, porém com tempo de processamento inferior. A metodologia de análise no domínio da frequência apresenta- se como um recurso mais preciso, pois permite a consideração de parâmetros do solo não constantes com a frequência; no que diz respeito ao programa utilizado, mostra-se flexível e acessível. / [en] The seismic analysis of nuclear power plant structures and components is considered to evaluate the convenience to update the brazilian design routine through the use of frequency domain techniques provided by codes such as SASSI. For this purpose one uses a FEM model of a reactor building which has been already analyzed by current techniques in time domain, and comparisons are made with results obtained in the frequency domain, with special attention to the following points: - analysis of the main structures using foundation impedance functions variable with the excitation frequency; - generation of coupled floor response spectra and their application to the analysis of secondary systems; - consideration of complementary criteria based on a minimum seismic spectral density function to generate artificial ground motion accelerograms compatible with a prescribed design response spectrum. As a first step, an exploratory work on the usage of SASSI program is made running a couple of simple examples. In the continuation of the work, a series of runs is made using the above-mentioned structural model under currently prescribed ground motions in the design of brazilian NPP structures. The results are compared with those from previous analyses using different methodologies and some interesting conclusions are brought up. / [es] En el presente trabajo se enfoca el análisis sísmico de plantas termonucleares bajo la metodología en el dominio de la frecuencia utilizando como modelo, el del edificio del reactor de la planta Angra 3 y como principal herramienta el programa de análisis de problemas con interacción suelo-extructura, SASI. Son evaluadas alternativas para tres fases distintas del proyecto: generación de sismos artificiales, análisis del sistema principal y desarrollo de espectros para análisis del sistema secundario. En la generación de sismos artificiales, se evalúa la introducción de criterios de compatibilización complementares al del espectro de respuesta. En el sistema principal, sujeto a excitaciones sísmicas en las direcciones horizontal y vertical, se compararon soluciones en el dominio del tiempo y de la frecuencia. Se reconoce la metodología en la frecuencia como una alternativa conveniente para cálculo de respuestas en términos de aceleraciones, deslocamientos y tensiones máximas y de espectros de aceleraciones. Se desarrollan, además, espectros de respuesta acoplados para el análisis de sistemas secundarios según sistemática ya propuesta, para cálculo en el dominio del tiempo, que comparados con éstes, alcanzan amplitudes de la misma orden, pero con tiempo de procesamiento inferior. La metodología de análisis en el dominio de la frecuencia se presenta como un recurso más preciso, pués permite la consideración de parámetros del suelo no constantes con la frequencia; con respecto al programa utilizado, éste se muestra flexible y accesible.

[pt] O comportamento sísmico de taludes tem sido um tópico de grande interesse da engenharia geotécnica nos últimos 40 anos. Durante este período, a prática da engenharia nesta área evoluiu do emprego de técnicas elementares para procedimentos numéricos bastante complexos. A abordagem mais simples é a análise pseudo-estática na qual o carregamento do terremoto é simulado por uma aceleração horizontal estática equivalente atuando na massa de solo deslizante, utilizando-se um procedimento de equilíbrio limite (método das fatias), geralmente conservativo. O parâmetro que descreve o comportamento dinâmico do solo é referido como coeficiente sísmico k, e sua seleção depende fortemente da experiência e normas técnicas locais, porque não há maneira simples e segura de se escolher um valor adequado. O segundo procedimento é conhecido como método de Newmark, que envolve o cálculo de uma aceleração de escoamento, definida como a força inercial necessária para o fator de segurança atingir 1 em uma análise pseudo-estática pelo método de equilíbrio limite. O procedimento então usa os registros de aceleração do terremoto de projeto e o integra duplamente no tempo para calcular os deslocamentos permanentes acumulados. O terceiro método é referido como análise de Makdisi- Seed, que procura definir a estabilidade sísmica do talude em termos de deslocamentos aceitáveis em vez de um fator de segurança tradicional através de uma versão modificada do método de Newmark. Esta técnica apresenta uma maneira racional de calcular uma aceleração de escoamento média, necessária para produzir um valor do coeficiente de segurança do talude igual a 1. Gráficos específicos foram também desenvolvidos para estimativa dos deslocamentos permanentes, tendo sido bastante aplicados em aterros rodoviários, barragens e aterros sanitários. Finalmente, o mais sofisticado método para análise de estabilidade sísmica de taludes é conhecido como análise dinâmica, que normalmente incorpora modelos de elementos finitos e relações tensão x deformação complexas numa tentativa de obter melhores representações para o comportamento mecânico de taludes sob cargas cíclicas Os resultados destas análises podem incluir a história no tempo dos deslocamentos e tensões, bem como das freqüências naturais, efeitos de amortecimento, etc. Este trabalho apresenta uma comparação entre os métodos mencionados anteriormente, analisando o comportamento sísmico dos taludes da estrutura de contenção dos resíduos de lixiviação de minério de urânio, na Bahia, e dos taludes do bota-fora sul da mina de cobre Toquepala, situada no Peru. / [en] The seismic stability of slopes has been a topic of considerable interest in geotechnical engineering for the past 40 years. During that period, the state of practice has moved from simples techniques to more complicated numerical procedures. The simplest approach is the pseudo-static analysis in which the earthquake load is simulated by an equivalent static horizontal acceleration acting on the mass of the landslide, according to a generally conservative limit equilibrium analysis. The ground motion parameter used in a pseudo-static analysis is referred to as the seismic coefficient k, and its selection has relied heavily on engineering judgment and local code requirements because there is no simple method for determining an appropriate value. The second main procedure is known as the Newmark displacement analysis which involves the calculation of the yield acceleration, defined as the inertial force required to cause the static factor of safety to reach 1 from the traditional limit equilibrium slope stability analysis. The procedure then uses a design earthquake strong-motion record which is numerically integrated twice for the amplitude of the acceleration above the yield acceleration to calculate the cumulative displacements. These displacements are then evaluated in light of the slope material properties and the requirements of the proposed development. The third method is referred to as the Makdisi-Seed analysis sought to define seismic embankment stability in terms of acceptable deformation instead of conventional factors of safety, using a modified Newmark analysis. Their method presents a rational means to determine yield acceleration, or the average acceleration required to produce a factor of safety of unity. Design curves were developed to estimate the permanent earthquake- induced deformations of embankments, which have since been applied to sanitary landfill and highway embankments. Finally, the most sophisticated method for seismic slope stability calculations is known as the dynamic analysis, which normally incorporates a finite element model and a rather complex stress-strain behavior for geological materials in an attempt to obtain a better representation of the behavior of soils under cyclic loading. The results of the analysis can include a time history of displacements and stresses, as well as natural frequencies, effects of damping, etc. This work presents a comparison of the results obtained by the aforementioned approaches, considering the seismic behavior of the slopes of an uranium lixiviation pad situated in Bahia, Brazil, and the South embankment of the waste landfill of the Toquepala Mine, Peru.

[pt] O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um procedimento numérico para a análise sequencial estática e dinâmica de barragens de terra, durante as principais fases da vida da estrutura:construção, enchimento do reservatório e carregamentos sísmicos. A modelagem numérica é feita mediante o método dos elementos finitos, incorporando as não linearidades dos materiais através de módulos dependentes do nível de tensões, para a análise estática, e do nível de deformações para a análise dinâmica. Inicialmente são apresentadas as características do comportamento de barragens de terra submetidos a carregamentos estáticos e dinâmicos. Apresentam-se também alguns dos fatores que influenciam a resposta estática e dinâmica deste tipo de estrutura geotécnica. Em seguida apresentam-se as formulações e implementações numéricas realizadas para a análise sequencial, estática e dinâmica, por elementos finitos. Desenvolveu-se neste trabalho um programa de microcomputador para análise de barragens considerando varias opções como elementos infinitos, elementos de interface, contornos viscosos, etc. Outras obras de terra e problemas geotécnicos, além de barragens, podem também serem analisadas por este programa, de caráter bastante geral. Finalmente ilustra-se a aplicabilidade do programa e procedimentos implementados, através da previsão do comportamento da Barragem de Recreta, localizada no Peru. Os resultados desta análise, considerando no estudo dinâmico o registro disponível do terremoto de Lima (1974), são apresentados e discutidos. / [en] This work presents the development of numerical procedures for static and dynamic sequential analysis of earth dams during the main phases of their life: construction, reservoir filling and seismic loading. The numerical modeling is performed using the finite element method with material modulus that exhibit either stress state (static analysis) or strain state (dynamic analysis) dependency. General behavior characteristics of earth dams subjected to static and dynamic loads are initially presented. The main factors influencing the static and dynamic responses are also indicated e briefly discussed.Mathematical formulations and the numerical algorithms considered in the development of a computer code specially written for this research, such as interface elements, infinite elements, viscous boundaries, etc., are fully described with several illustrative examples to validate their application. The prediction of both static and dynamic responses of the Recreta Dam, in Peru, is also carried out considering the available seismic records of the Lima earthquake, occurred in 1974. The computed numerical results indicate that the computer program is reliable, efficient and potentially useful for other geotechnical applications. / [es] Este trabajo presenta el desarrollo de un procedimiento numérico para el análisis secuencial estático y dinámico de dique de tierra, durante las principales fases de la vida de la extructura:construción, llenado del reservatorio y cargas sísmicas. La modelación numérica se realiza mediante el método de los elementos finitos, incorporando las no linealidades de los materiales a través de módulos dependientes del nível de tensiones, para el análisis estático, y del nível de deformaciones para el análisis dinámico. Inicialmente se presentan las características del comportamiento de dique de tierra sometidos a sobrecargas estáticas y dinámicas. Se presentan también algunos de los factores que influyen en la respuesta estática y dinámica de este tipo de extructura geotécnica. En seguida se presentan las formulaciones e implementaciones numéricas realizadas para el análisis secuencial, estático y dinámico, por elementos finitos. Se desarrolló en este trabajo un programa de microcomputador para el análisis de dique considerando varias opciones como elementos infinitos, elementos de interface, contornos vizcosos, etc. Otras obras de tierra y problemas geotécnicos, además de dique, pueden también ser analizadas por este programa, de carácter bastante general. Finalmente se ilustra la aplicabilidad del programa y los procedimentos implementados, a través de la previsión del comportamiento del Dique de Recreta, localizada en el Peru. Los resultados de este análisis, considerando en el estudio dinámico el registro disponible del terremoto de Lima (1974), son presentados y discutidos.