Este trabalho tem por objetivo formular e aplicar um modelo numérico para a análise aeroelástica de seções de ponte. O escoamento em torno de uma seção de ponte rígida, sem movimento, assim como o escoamento em torno de uma seção que possui deslocamentos verticais, horizontais e rotações devidas a efeitos de torção, são investigados para obter os coeficientes aerodinâmicos e o número de Strouhal. Procura-se também determinar as cargas devido ao vento que atuam sobre a estrutura, assim como a velocidade do vento que provoca o fenômeno de instabilidade dinâmica denominado “flutter”. Para a análise do escoamento bidimensional levemente compressível, utiliza-se um método explícito de dois passos com uma formulação Arbitrária Lagrangeana-Euleriana (ALE). A turbulência é simulada diretamente para as grandes escalas, sendo que o modelo simples de Smagorinsky é incluído para simular as escalas de turbulência menores que a malha utilizada. O método dos elementos finitos é empregado para a discretização espacial. A estrutura é considerada como um corpo rígido com restrições elásticas segundo as componentes de deslocamento horizontais e verticais e segundo a rotação torcional. O acoplamento entre o fluido e a estrutura é efetuado aplicando as condições de compatibilidade e de equilíbrio na interface. A análise dinâmica da estrutura é efetuada através do método clássico de Newmark. / Formulation and application of a numerical model for aeroelastic analysis of bridge girder cross-sections is the mean of this work. The flow around stationary cross-sections, as well as cross-sections undergoing cross-wind vertical and horizontal (bending) displacements and rotatory (torsional) motion, are investigated for assessment of aerodynamic coefficients and Strouhal number. Determination of forced wind loads and flutter wind speed are also investigated. The two-dimensional of a slightly compressible fluid is analysed using an explicit two-step method and a Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation. The turbulence is simulated using Large Eddy Simulation (LES). Smagorinsky’s model is included as a sub-grid scale model. The finite element method is used for space discretization. The structure is considered as a rigid body with elastic restrains for horizontal and vertical displacement components and for torsional rotation. Coupling between fluid and stucture is accomplished by applying compatibility and equilibrium conditions at the fluid-solid interface. The structural dynamic analysis is performed using the classical Newmark’s method.

A presente dissertação de mestrado compreende o projeto e a execução de uma balança eletro-mecânica. Este equipamento tem por finalidade a medição das seis componentes dos esforços atuantes na base de modelos de edificações alteadas, ensaiadas em túnel de vento. As componentes medidas servirão como subsídio para o desenvolvimento do projeto estrutural e de fundações das edificações modeladas. A fim de tornar o mais abrangente possível sua utilização, foi estudada a magnitude de esforços e freqüências de vibração, devidas ao vento no modelo ensaiado, a que o sistema está submetido. Estas grandezas são os critérios de projeto para o desenvolvimento do sistema de medição. Deste modo, desenvolve-se um equipamento capaz de ser utilizado em estruturas dos mais variados tipos, como, por exemplo, torres, chaminés e edifícios alteados. O sistema de medição em estudo consiste em três partes: um conjunto de células de carga dispostas de forma a medir as componentes dos esforços, um circuito eletrônico para amplificação e condicionamento do sinal produzido em cada célula de carga, e um microcomputador para aquisição e armazenamento dos dados produzidos pelo sistema. Como resultados são apresentados os ensaios realizados em túnel de vento com modelos bem definidos, a fim de testar o sistema. As conclusões do trabalho ficam por conta da interpretação dos resultados e análise da utilização deste tipo de equipamento para determinação de coeficientes globais de vento em edificações.

A presente dissertação de mestrado compreende o projeto e a execução de uma balança eletro-mecânica. Este equipamento tem por finalidade a medição das seis componentes dos esforços atuantes na base de modelos de edificações alteadas, ensaiadas em túnel de vento. As componentes medidas servirão como subsídio para o desenvolvimento do projeto estrutural e de fundações das edificações modeladas. A fim de tornar o mais abrangente possível sua utilização, foi estudada a magnitude de esforços e freqüências de vibração, devidas ao vento no modelo ensaiado, a que o sistema está submetido. Estas grandezas são os critérios de projeto para o desenvolvimento do sistema de medição. Deste modo, desenvolve-se um equipamento capaz de ser utilizado em estruturas dos mais variados tipos, como, por exemplo, torres, chaminés e edifícios alteados. O sistema de medição em estudo consiste em três partes: um conjunto de células de carga dispostas de forma a medir as componentes dos esforços, um circuito eletrônico para amplificação e condicionamento do sinal produzido em cada célula de carga, e um microcomputador para aquisição e armazenamento dos dados produzidos pelo sistema. Como resultados são apresentados os ensaios realizados em túnel de vento com modelos bem definidos, a fim de testar o sistema. As conclusões do trabalho ficam por conta da interpretação dos resultados e análise da utilização deste tipo de equipamento para determinação de coeficientes globais de vento em edificações.

Com o desenvolvimento de materiais mais resistentes, técnicas construtivas mais modernas e a crescente valorização dos terrenos nos centros das grandes cidades, criou-se um ambiente propício à construção de edificações mais altas, leves, flexíveis, menos amortecidas, e, portanto, mais susceptíveis a problemas associados à resposta dinâmica frente à ação do vento. Em algumas situações, quando há ressonância, a parcela flutuante da resposta estrutural devido à ação do vento pode chegar a representar 2/3 da resposta total. Os métodos analíticos atualmente existentes para determinação da resposta flutuante induzida pela ação do vento geralmente conduzem a resultados pouco confiáveis. Em vista desse fato, os ensaios em túnel de vento ainda são a ferramenta mais precisa e robusta para o estudo do comportamento dinâmico de estruturas civis. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um suporte flexível para ensaios de modelos aeroelásticos de estruturas alteadas, visando a determinação da parcela flutuante da resposta à ação do vento nos dois modos fundamentais de vibração livre (flexão em duas direções ortogonais). Este suporte pode ser empregado em testes de modelos de diferentes geometrias, e permite que, com grande facilidade, sejam ajustados o amortecimento estrutural, rigidez e inércia, individualmente em cada direção. Com o objetivo de verificar o correto funcionamento do equipamento e a validade dos resultados por ele obtidos, foram realizados testes com um modelo do edifício alto padrão “CAARC Standard Tall Building”. No trabalho são apresentados e discutidos os resultados dos ensaios, realizados no Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Até os dias de hoje, a abordagem estática tem sido a usualmente empregada para a avaliação da resposta de cabos de Linhas de Transmissão (LTs), apesar da resposta dinâmica ser, em muitos casos, reconhecidamente importante na avaliação do desempenho dos cabos. Para uma análise completa, não se pode desconhecer a natureza dinâmica da maioria dos fenômenos a que as LTs estão submetidas, sendo exemplos típicos as excitações mecânicas causadas pela ação do vento (carregamentos de baixa e alta freqüência) e a ruptura de cabos. Cabe salientar que mesmo a análise estática empregada tem sido simplificada, considerando normalmente apenas casos contemplados com soluções analíticas. A justificativa para emprego da análise estática baseia-se no menor esforço numérico exigido. Entretanto, essa justificativa já não se sustenta dado os grandes avanços na área computacional, possibilitando o estudo do desempenho de LTs na ocorrência de fenômenos que provocam carregamentos dinâmicos. Adicionalmente, há uma crescente demanda para que se obtenha um melhor entendimento de muitas questões relativas ao comportamento dinâmico das LTs, que possam explicar desempenhos observados e/ou sustentar o desenvolvimento de novas alternativas mais arrojadas de projeto e construção Entre os diversos métodos utilizados na engenharia estrutural, a integração direta das equações do movimento, através de métodos numéricos como as diferenças finitas centrais, se constitui numa poderosa ferramenta de cálculo. Esta ferramenta possibilita o tratamento de problemas envolvendo não linearidades geométricas e do material, como são os casos onde se avalia a resposta de cabos suspensos submetidos a carregamentos variáveis no tempo. Esta pesquisa objetiva a aplicação do método da integração direta das equações do movimento na análise de feixes de cabos de LT, quando submetidos à ação de carregamentos mecânicos variáveis no tempo, principalmente à excitação de ventos oriundos de fenômenos com natureza complexa (tormentas elétricas, por exemplo). É apresentado um método para determinar a resposta dinâmica de feixes que considera a interação entre o vento incidente e o movimento do condutor. A solução é obtida por integração numérica, no domínio do tempo, das equações de movimento de um modelo tridimensional não-linear discreto de feixe, as quais definem as forças nos espaçadores e cabos através de coeficientes aerodinâmicos obtidos experimentalmente. Também são apresentados modelos dos fenômenos meteorológicos mais comuns em nosso país (Brasil): tormenta extratropical (EPS) e tormenta elétrica (TS) Como ilustração, são apresentados exemplos de modelagem de vãos de LTs com condutor singelo e com feixes de condutores. Os exemplos demonstram a capacidade de avaliação de Estados Limites relacionados à distância relativa entre subcondutores, à estabilidade do feixe, à representação das suas propriedades e ao comportamento dinâmico, bem como aos carregamentos transmitidos às estruturas. A análise emprega conhecidas relações constitutivas para representar o comportamento tensão-deformação dos cabos. O enfoque utilizado possibilita a avaliação mais precisa de casos reais que ainda não podiam ser convenientemente tratados, além de permitir a extensão para estudos bem mais complexos, tais como feixes com disposições assimétricas.

A crescente valorização imobiliária das áreas urbanas, que força acréscimos na altura dos edifícios, associada ao desenvolvimento de materiais mais resistentes e técnicas construtivas modernas, que promovem uma tendência ao projeto de estruturas mais esbeltas e flexíveis, formam um cenário propício à ocorrência de problemas associados à resposta dinâmica frente à ação do vento, principalmente à parte flutuante decorrente da turbulência atmosférica.A experiência tem mostrado que o engenheiro estruturalista comum tem pouco ou nenhum conhecimento sobre os efeitos dinâmicos do vento e as conseqüências da vizinhança sobre este carregamento. Por estas razões justifica-se todo o esforço feito no sentido de se estudar, divulgar e tornar mais acessíveis os métodos disponíveis para análise da resposta estrutura à ação dinâmica do vento e os efeitos de vizinhança. Este é o objetivo central do trabalho de dissertação aqui proposto, consiste no estudo crítico, na aplicação prática e na comparação de métodos disponíveis de análise, quais sejam: a Norma Brasileira NBR – 6123, a sua análise estática e dinâmica (Capítulo 9), a Norma Canadense NBCC (1985). Como parte do trabalho foram realizadas análises estruturais detalhadas com programas de elementos finitos, bem como práticas experimentais sobre modelos rígidos no Túnel de Vento Prof. Joaquim Blessmann (TV-2) da UFRGS. Os resultados obtidos através da instrumentação dos modelos ensaiados em túnel de vento foram aplicados às prescrições das normas aqui estudadas. As respostas assim obtidas comparadas com as oriundas da aplicação das recomendações padrão destas normas foram avaliadas comparativamente. Sendo possível concluir que os resultados determinados através das prescrições da norma brasileira de vento apresentaram-se mais consistentes que os da norma canadense. Mesmo assim, alguns pontos necessitam de um estudo maior e mais aprofundado principalmente as considerações referentes à torção, que se mostraram na maioria das vezes contra a segurança, além do efeito da vizinhança que, muitas vezes, causa efeitos imprevisíveis sobre a edificação.

Este trabalho tem por objetivo formular e aplicar um modelo numérico para a análise aeroelástica de seções de ponte. O escoamento em torno de uma seção de ponte rígida, sem movimento, assim como o escoamento em torno de uma seção que possui deslocamentos verticais, horizontais e rotações devidas a efeitos de torção, são investigados para obter os coeficientes aerodinâmicos e o número de Strouhal. Procura-se também determinar as cargas devido ao vento que atuam sobre a estrutura, assim como a velocidade do vento que provoca o fenômeno de instabilidade dinâmica denominado “flutter”. Para a análise do escoamento bidimensional levemente compressível, utiliza-se um método explícito de dois passos com uma formulação Arbitrária Lagrangeana-Euleriana (ALE). A turbulência é simulada diretamente para as grandes escalas, sendo que o modelo simples de Smagorinsky é incluído para simular as escalas de turbulência menores que a malha utilizada. O método dos elementos finitos é empregado para a discretização espacial. A estrutura é considerada como um corpo rígido com restrições elásticas segundo as componentes de deslocamento horizontais e verticais e segundo a rotação torcional. O acoplamento entre o fluido e a estrutura é efetuado aplicando as condições de compatibilidade e de equilíbrio na interface. A análise dinâmica da estrutura é efetuada através do método clássico de Newmark. / Formulation and application of a numerical model for aeroelastic analysis of bridge girder cross-sections is the mean of this work. The flow around stationary cross-sections, as well as cross-sections undergoing cross-wind vertical and horizontal (bending) displacements and rotatory (torsional) motion, are investigated for assessment of aerodynamic coefficients and Strouhal number. Determination of forced wind loads and flutter wind speed are also investigated. The two-dimensional of a slightly compressible fluid is analysed using an explicit two-step method and a Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) formulation. The turbulence is simulated using Large Eddy Simulation (LES). Smagorinsky’s model is included as a sub-grid scale model. The finite element method is used for space discretization. The structure is considered as a rigid body with elastic restrains for horizontal and vertical displacement components and for torsional rotation. Coupling between fluid and stucture is accomplished by applying compatibility and equilibrium conditions at the fluid-solid interface. The structural dynamic analysis is performed using the classical Newmark’s method.

O trabalho descreve o desenvolvimento de um modelo para o cálculo da probabilidade de falha de linhas de transmissão de energia elétrica quando submetidas a ação do vento. Com relação ao carregamento, o modelo faz a abordagem para cargas causadas por ventos do tipo EPS C Extended mature pressure system. Para ventos deste tipo, a abordagem é feita tendo-se como ponto de partida, o conhecirnento da distribuição e probabilidades das flutuações dá velocidade do vento em torno de seu valor médio. A partir desse ponto, com base na teoria de valores extremas, chega-se as expressões para o cálculo da probabilidade de falha condicionada à ocorrência de uma dada velocidade média e, com o conhecimento da distribuição de probabilidade desta, é possível obter -se a probabilidade anual de falha. É também apresentado um processo desenvolvido para chegar-se a função de probabilidade da resistência de torres típicas do LT's para ser usada no modelo de cálculo da probabilidade de falha. Para isto foram coletados e tratados os resultados de ensaios. realizados no Brasil, de protótipos de torres metálica para LT's. Também foi desenvolvido um outro mdelo teórico objetivando representar, através de variáveis aleatórias, a sistemática de projeto usual. Para a calibragem deste modelo. foram necessárias algumas simulações de resultados de ensaios adotando-se, como informações iniciais sugestões encontradas na literatura, para tipos de distribuições e seus parâmetros. Por último é feita uma aplicação do modelo desenvolvido com a avaliação da probabilidade de falha da LT 230 kV Camaquã - Seci, pertencente a Companhia Estadual de Energia Elétrica. Como exemplo de aplicação, também são feitos alguns estudos par paramétricos. / The thesis describes a model to obtain the probability of failure of transmission lines exposed to wind action,Concerning the loading, the model takes into account the loads caused by type EPS winds (Extended mature pressure system).For this kind of wind ,there is a procedure which takes into consideration the knowledge of the probability distribution of wind velocity around its own mean value.Finally,after specifying the probability distribution of the mean wind velocity,it is possible to obtain the anual probability of failure. A procedure of obtaining the probability function for the strength of steel transmission towers to be used in the model is also shown.For this purpose,the results of tests on steel tower prototypes carried out in Brasil,were compiled .Another theoretical model was created that tries to represent the design practice by using stochastic variables.In order to calibrate the model ,simulation results of prototype tests were obtained by taking into account suggestions advanced in the literature for the distribution types and parameters.Finally,the probability of failure of an actual transmission line named TL 230kv Camaquã-Seci,that is located in Rio Grande do Sul,Brasil,is evaluated.The parametric studies to determine the influence of various relevant factors is also performed.

Com o desenvolvimento de materiais mais resistentes, técnicas construtivas mais modernas e a crescente valorização dos terrenos nos centros das grandes cidades, criou-se um ambiente propício à construção de edificações mais altas, leves, flexíveis, menos amortecidas, e, portanto, mais susceptíveis a problemas associados à resposta dinâmica frente à ação do vento. Em algumas situações, quando há ressonância, a parcela flutuante da resposta estrutural devido à ação do vento pode chegar a representar 2/3 da resposta total. Os métodos analíticos atualmente existentes para determinação da resposta flutuante induzida pela ação do vento geralmente conduzem a resultados pouco confiáveis. Em vista desse fato, os ensaios em túnel de vento ainda são a ferramenta mais precisa e robusta para o estudo do comportamento dinâmico de estruturas civis. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um suporte flexível para ensaios de modelos aeroelásticos de estruturas alteadas, visando a determinação da parcela flutuante da resposta à ação do vento nos dois modos fundamentais de vibração livre (flexão em duas direções ortogonais). Este suporte pode ser empregado em testes de modelos de diferentes geometrias, e permite que, com grande facilidade, sejam ajustados o amortecimento estrutural, rigidez e inércia, individualmente em cada direção. Com o objetivo de verificar o correto funcionamento do equipamento e a validade dos resultados por ele obtidos, foram realizados testes com um modelo do edifício alto padrão “CAARC Standard Tall Building”. No trabalho são apresentados e discutidos os resultados dos ensaios, realizados no Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Até os dias de hoje, a abordagem estática tem sido a usualmente empregada para a avaliação da resposta de cabos de Linhas de Transmissão (LTs), apesar da resposta dinâmica ser, em muitos casos, reconhecidamente importante na avaliação do desempenho dos cabos. Para uma análise completa, não se pode desconhecer a natureza dinâmica da maioria dos fenômenos a que as LTs estão submetidas, sendo exemplos típicos as excitações mecânicas causadas pela ação do vento (carregamentos de baixa e alta freqüência) e a ruptura de cabos. Cabe salientar que mesmo a análise estática empregada tem sido simplificada, considerando normalmente apenas casos contemplados com soluções analíticas. A justificativa para emprego da análise estática baseia-se no menor esforço numérico exigido. Entretanto, essa justificativa já não se sustenta dado os grandes avanços na área computacional, possibilitando o estudo do desempenho de LTs na ocorrência de fenômenos que provocam carregamentos dinâmicos. Adicionalmente, há uma crescente demanda para que se obtenha um melhor entendimento de muitas questões relativas ao comportamento dinâmico das LTs, que possam explicar desempenhos observados e/ou sustentar o desenvolvimento de novas alternativas mais arrojadas de projeto e construção Entre os diversos métodos utilizados na engenharia estrutural, a integração direta das equações do movimento, através de métodos numéricos como as diferenças finitas centrais, se constitui numa poderosa ferramenta de cálculo. Esta ferramenta possibilita o tratamento de problemas envolvendo não linearidades geométricas e do material, como são os casos onde se avalia a resposta de cabos suspensos submetidos a carregamentos variáveis no tempo. Esta pesquisa objetiva a aplicação do método da integração direta das equações do movimento na análise de feixes de cabos de LT, quando submetidos à ação de carregamentos mecânicos variáveis no tempo, principalmente à excitação de ventos oriundos de fenômenos com natureza complexa (tormentas elétricas, por exemplo). É apresentado um método para determinar a resposta dinâmica de feixes que considera a interação entre o vento incidente e o movimento do condutor. A solução é obtida por integração numérica, no domínio do tempo, das equações de movimento de um modelo tridimensional não-linear discreto de feixe, as quais definem as forças nos espaçadores e cabos através de coeficientes aerodinâmicos obtidos experimentalmente. Também são apresentados modelos dos fenômenos meteorológicos mais comuns em nosso país (Brasil): tormenta extratropical (EPS) e tormenta elétrica (TS) Como ilustração, são apresentados exemplos de modelagem de vãos de LTs com condutor singelo e com feixes de condutores. Os exemplos demonstram a capacidade de avaliação de Estados Limites relacionados à distância relativa entre subcondutores, à estabilidade do feixe, à representação das suas propriedades e ao comportamento dinâmico, bem como aos carregamentos transmitidos às estruturas. A análise emprega conhecidas relações constitutivas para representar o comportamento tensão-deformação dos cabos. O enfoque utilizado possibilita a avaliação mais precisa de casos reais que ainda não podiam ser convenientemente tratados, além de permitir a extensão para estudos bem mais complexos, tais como feixes com disposições assimétricas.