EE- Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica

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Algoritmos genéricos para a geração automática de modelos de cabos em três situações práticas de aplicações subaquáticas
(2015) Pouzada, Thiago Ávila; Gomes, Sebastião Cícero Pinheiro
A modelagem dinâmica de cabos constitui tema de pesquisa de grande importância e aplicação prática na atualidade. No entanto, devido às não linearidades presentes na dinâmica de cabos, bem como à necessidade de se trabalhar com muitos graus de liberdade, desenvolver modelos dinâmicos para estes sistemas torna-se tarefa difícil. Para desenvolver modelos dinâmicos de cabos, o presente trabalho utiliza o Método do Formalismo Discreto (Lumped Mass Approach), que supõe o cabo dividido em elos rígidos conectados por articulações elásticas fictícias. Os cabos foram considerados em três casos distintos. No primeiro e no segundo, com uma das extremidades articulada a uma estrutura flutuante (navio ou plataforma), enquanto que em sua outra extremidade, uma carga terminal fica livre no primeiro caso e fixa ao fundo do oceano no segundo. No terceiro caso, as duas extremidades do cabo são articuladas a duas estruturas flutuantes distintas. Os cabos estão submersos e o arrasto hidrodinâmico foi considerado a partir de um modelo simples, proporcional ao quadrado da velocidade relativa entre a estrutura e o fluido. Utilizando-se o formalismo de Euler-Lagrange, foram desenvolvidos manualmente os modelos dinâmicos para cabos considerando-se dois, três e quatro elos para o primeiro caso, sendo o segundo e terceiro casos situações particulares deste. Para o terceiro caso, com um cabo dividido em cinco elos, foram obtidos os torques em cada articulação fictícia, originados por uma força resultante que surge na carga terminal, composta por dois vínculos elásticos adicionados na mesma, com a finalidade de simular a segunda estrutura flutuante. A partir da análise comparativa das equações obtidas destes modelos, foi possível identificar padrões de crescimento para as mesmas. Desta forma, foram desenvolvidos algoritmos genéricos, para gerar automaticamente as equações dos modelos dinâmicos para qualquer número de elos desejado, em cada um dos três casos considerados. Uma vez obtidos estes algoritmos, foram realizadas simulações, com a finalidade de verificar qualitativamente os resultados obtidos. Um software para a animação gráfica foi desenvolvido e a sua utilização permitiu atestar uma grande sensação de realidade nas simulações, cujos resultados, em diversas situações, mostraram-se de acordo com o esperado fisicamente.
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Análise crítica dos acidentes do trabalho ocorridos durante a construção das plataformas P55 e P66 no polo naval do Rio Grande
(2016) Gomes, Liliane Ferreira; Real, Mauro de Vasconcellos
Com a reativação e desenvolvimento da indústria naval brasileira houve uma série de benefícios, entre eles, o incremento social com o aumento da oferta de postos de trabalho. Neste contexto surgiu o Polo Naval do Rio Grande, no Rio Grande do Sul. A construção do Polo Naval e Offshore começou em agosto de 2006, com as obras de instalação do dique seco sendo inaugurado em 2010. Dando início às construções de Plataformas para a Petrobras, iniciando com os projetos de construção da plataforma P55, seguida pela plataforma P66. Neste contexto, o presente trabalho apresenta uma análise crítica dos acidentes de trabalho ocorridos durante a construção das Plataformas P55 e P66 no Polo Naval do Rio Grande, de 2009 a 2014. O intuito da análise foi consolidar os dados coletados para identificar os fatores de riscos presentes nas atividades da área naval e que geram os acidentes de trabalho. Para realizar está análise os dados destas ocorrências foram inseridos em planilhas eletrônicas em uma pasta de trabalho de forma a apresentar os indicadores e os dados de classificação dos acidentes de trabalho. A pasta de trabalho apresenta três planilhas de dados. Os dados coletados que fazem parte desta análise são: ano, mês, número de empregados, hora homem de exposição ao risco, número de acidentes com afastamento, taxa de frequência dos acidentes com afastamento, número de acidentes sem afastamento, taxa de frequência dos acidentes sem afastamento, fonte da lesão, natureza da lesão, situação geradora, atividade, parte do corpo atingida, função, tempo na função e tempo na empresa. Com base nestes dados foram gerados diversos gráficos, demonstrando a evolução dos acidentes do trabalho, seus indicadores e dados de classificação referente aos acidentes ocorridos na indústria naval.
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Análise da interação solo-estrutura das estacas do cais público do Porto Novo do Porto do Rio Grande através do método dos elementos finitos
(2020) Nunes, Matheus de Lima; Real, Mauro de Vasconcellos; Fagundes, Diego de Freitas
Estruturas portuárias são normalmente de grande porte e estão submetidas a carregamentos de grande intensidade, como por exemplo os esforços causados por um guindaste portuário e de outros equipamentos utilizados durante uma operação portuária, ou então, os esforços de amarração dos navios. Portanto, para uma análise meticulosa dos esforços das estruturas portuárias com intuito de otimizar os projetos, torna-se essencial o uso de ferramentas computacionais e métodos numéricos avançados, como por exemplo, o Método dos Elementos Finitos. De acordo com a sistemática convencional de projeto estrutural, onde este é executado admitindo-se que os apoios da estrutura sejam indeslocáveis, com o cálculo das cargas nos elementos de fundação e o dimensionamento dos elementos estruturais sendo realizados com essa premissa. Com relação aos projetos de fundações, são desenvolvidos considerando-se os esforços obtidos a partir do projeto estrutural e as características do terreno no qual será construído. O Porto Novo do Porto do Rio Grande movimenta milhões de toneladas de materiais ao ano, se colocando como um dos principais portos do Brasil. Sua estrutura passou por duas etapas de modernização possibilitando a utilização de equipamentos portuários maiores e mais eficientes, operação com navios de maior capacidade de carga e maior quantidade de berços de atracação disponíveis para operação simultânea. Deste modo, este trabalho tem como objetivo geral deste trabalho será realizar uma análise de interação solo-estrutura utilizando como modelo estrutural a segunda etapa de modernização do Cais Público do Porto Novo do Porto do Rio Grande, simulando as diferentes combinações de ações que atuam durante uma operação portuária, salientando a combinação que gera a condição mais desfavorável para as estacas do cais. A partir dos resultados das combinações de carregamentos foram escolhidas as 10 piores situações de carregamentos para o cais e realizou-se a comparação entre os modelos de cálculo convencional e de interação solo-estrutura. As cinco primeiras piores situações de esforços ocorrem devido a utilização da sobrecarga vertical como carga variável principal. Já as cinco últimas piores situações de esforços são devido a utilização do carregamento do guindaste portuário, principal equipamento de movimentação do cais. Os resultados do modelo de interação solo-estrutura apresentaram uma redução dos valores de esforços axiais das estacas em relação ao modelo convencional de cálculo, em média a porcentagem da redução considerando diferenças de todas as 10 piores situações é igual a 2,19%.
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Análise da interação solo-estrutura em dolfins de amarração e atracação
(2018) Wegmann, Morgana Drieli; Real, Mauro de Vasconcellos; Alves, Antônio Marcos de Lima
O presente trabalho tem como objetivo analisar a influência da interação solo-estrutura nos elementos das fundações de um dolfim de amarração e atracação. Para estudo de caso, foi utilizado o projeto de três dolfins previstos para o Cais Norte do Estaleiro Rio Grande da cidade do Rio Grande/RS. Desse projeto foram retirados os modelos geométricos, os materiais utilizados e os carregamentos externos atuantes na estrutura. O dolfim analisado é composto por uma laje horizontal de concreto armado disposta sobre estacas metálicas inclinadas, sendo as estacas compostas cada uma por dois perfis W610x125 soldados lado a lado pelos seus flanges. Para considerar a interação solo- estrutura, foi utilizada como base a metodologia de Winkler (1867), a partir da teoria da flexão de viga assente sobre base elástica. A modelagem do solo foi realizada através do emprego de molas lineares horizontais ao longo do comprimento das estacas. Os valores de rigidezes das molas foram calculados a partir do coeficiente de reação horizontal do solo, o qual foi obtido pela retroanálise de uma prova de carga horizontal realizada na obra em estudo. Os modelos computacionais desenvolvidos no trabalho foram elaborados no software ANSYS em sua student edition. Foram utilizados os elementos Beam188 para modelar as estacas, Shell181 para a laje e Combin14 para as molas lineares. Os resultados do modelo que considera a interação solo-estrutura foram comparados com os resultados de modelos convencionais de projeto. Também foram analisados os resultados de diferentes cenários de carregamento, a fim de verificar a influência deste nas solicitações das estacas, quando considerada a interação solo-estrutura. A partir dos resultados obtidos, observou-se que, de forma geral, os esforços axiais nas estacas mais carregadas diminuíram quando considerada a interação solo-estrutura, sendo que para alguns tipos de carregamentos essa variação foi mais significativa do que para outros. Assim, pode-se concluir que a metodologia convencional de projeto para o tipo de estrutura analisada nesse trabalho continua sendo válida, pois fornece resultados a favor da segurança. Em contrapartida, a consideração da interação solo-estrutura apresentou solicitações menores nos elementos mais carregados da fundação, o que pode trazer vantagens econômicas ao projeto. Importante destacar que, para considerar a interação solo-estrutura em um projeto, é necessário obter valores confiáveis para os parâmetros do solo, já que esse tipo de análise é muito sensível em relação a esses parâmetros.
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Análise das condições operacionais do porto do Rio Grande utilizando a técnica de simulação
(2008) Lemke, Natalia; Lima, Milton Luiz Paiva de
Este trabalho teve como propósito realizar uma análise da operação do Porto do Rio Grande, através da técnica de Simulação, com o auxílio dosoftwareArena. O estudo foi feito para o terminal público Porto Novo e para os terminais de iniciativa privada do Superporto, os quais são: Bianchini, Bunge Alimentos, Copesul, Petrobrás, Tecon, Tergrasa, Termasa e Trevo Operadora. Nos terminais que possuem mais de um local de atracação, foram efetuadas duas análises: para o sistema íntegro, e para cada berço separadamente. Esta dissertação apresentou ainda como objetivo, comparar os resultados obtidos pela técnica de Teoria de Filas com a técnica de Simulação, as quais são utilizadas em modelagem de sistemas. Para tal, utilizaram-se os resultados fornecidos por Duarte (2007), que em sua dissertação de mestrado, realizou a análise operacional do Porto do Rio Grande, através do método de Teoria de Filas. Primeiramente, foram averiguados os dados de movimentação de navios do porto, durante os anos de 2004, 2005 e 2006, os quais foram fornecidos pela Superintendência do Porto do Rio Grande (SUPRG). Em seguida, analisaram-se os intervalos entre as chegadas de navios, e os tempos de cada atendimento, com intuito de representar estes dados através de uma determinada distribuição estatística. Especificamente, para o terminal Tecon, foram realizadas análises mensais dos processos de chegada e de atendimento, com a finalidade de estimar a demanda para os próximos anos, pois este terminal passará a operar com mais um berço de atracação. Posteriormente, construíram-se fluxogramas de simulação, para cada situação, de acordo com o número de locais de atracação, onde foram aplicados os valores estatísticos corretos que representaram os dados de chegada e deatendimento. Para cada simulação, o programa Arena forneceu inúmeros resultados, entre eles, o índice de congestionamento. Como um dos principais resultados, constatou-se que o terminal Tecon apresentou consideráveis reduções em termos de congestionamento, nas simulações realizadas para o ano de 2009, em que este terminal contará com mais um local de atracação.
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Análise de confiabilidade das fundações da obra de ampliação do cais do terminal de contêineres do porto de Rio Grande (RS) aplicando metodologia bayesiana
(2013) Amadori, Thiago; Alves, Antônio Marcos de Lima; Real, Mauro de Vasconcellos
As obras de engenharia possuem incertezas oriundas das mais diversas fontes. Desde fatores humanos durante a execução, até incertezas quanto às propriedades mecânicas dos materiais empregados, passando por modelos matemáticos que não reproduzem por inteiro as condições físicas reais. Além disso, a hipótese do risco de ruína ser nulo em uma obra de engenharia é um conceito ultrapassado. Este entendimento requer uma análise mais realista quanto às probabilidades reais de falha das estruturas. Neste contexto, este trabalho apresenta uma metodologia de cálculo que procura inserir algumas incertezas ao cálculo do estaqueamento de um cais de porto, e calcula a probabilidade de ruína desta estrutura. Para a inserção das incertezas, são utilizados dados observados durante a execução do estaqueamento, os quais, através de simulações matemáticas e aplicação da análise estatística Bayesiana, permitem uma atualização da previsão da capacidade de carga das estacas. Esta atualização se dá por meio de distribuições de probabilidade “à priori” e “à posteriori”. A distribuição “à priori” consiste no cálculo da capacidade de carga das estacas utilizando-se métodos semi-empíricos baseados em resultados de ensaios SPT (Standard Penetration Test). Já a distribuição “à posteriori” é obtida pela combinação da distribuição “à priori” e de uma função de verossimilhança, através da análise estatística Bayesiana. A função de verossimilhança, por sua vez, é obtida através de fórmulas dinâmicas de cálculo de resistência do solo, com a inserção de dados observados durante a cravação. Quanto ao cálculo da probabilidade de ruína da estrutura, esta é mensurada através de uma análise de confiabilidade, comparando-se as resistências com as cargas solicitantes da estrutura. Com isso, é calculada a probabilidade de falha da estrutura antes e depois da atualização da resistência do solo, assim como a verificação do ganho de confiabilidade advindo desta atualização. O estudo realiza-se no estaqueamento em água da obra do Berço III do Terminal de Contêineres de Rio Grande, TECON-RG, cujo projeto contempla um aumento de 250 metros lineares de cais, totalizando 300 estacas analisadas.
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Análise de confiabilidade das fundações do cais do estaleiro honório bicalho no porto de Rio Grande (RS) aplicando metodologia bayesiana
(2015) Luzzardi, Francisco Jose Von Ameln; Alves, Antônio Marcos de Lima
As incertezas existentes na Engenharia, de um modo geral, são provenientes de diversos fatores, tais como as aproximações e limitações dos modelos matemáticos utilizados, o conhecimento limitado das propriedades dos materiais, bem como a heterogeneidade dos mesmos. Também os ensaios para a determinação de parâmetros dependem de equipamentos, de procedimentos e de mão de obra que geram imprecisões em seus resultados. Enfim, existem diversas situações que propiciam a diferença entre os resultados calculados e os encontrados na prática. Assim, é necessária uma margem de segurança, com o objetivo de eliminar as possíveis incertezas. Porém, a tendência atual da Engenharia é tratar o Fator de Segurança não como um valor determinístico, mas sim em conjunto com uma “probabilidade de ruína” da estrutura. O presente trabalho busca determinar esta probabilidade de ruína na fundação do cais do estaleiro Honório Bicalho, no Porto Novo da cidade de Rio Grande, RS, empregando análise estatística Bayesiana. Na análise foi determinada a distribuição probabilística da capacidade de carga estática prevista pelos métodos semi-empíricos de Aoki & Velloso e de Décourt & Quaresma, utilizando-se os dados provenientes do ensaio de SPT (Standart Penetration Test), denominada de distribuição “a priori”. Com os dados de controle de cravação das estacas (negas medidas ao final da cravação e Ensaios de Carregamento Dinâmico), e adotando a fórmula dinâmica dos Dinamarqueses, foi definida uma distribuição probabilística de capacidade observada, chamada de “função de verossimilhança”. Com os resultados das distribuições “a priori” e função de verossimilhança, aplicando a metodologia Bayesiana foi determinada a distribuição de capacidade “a posteriori”, que consiste em uma atualização das previsões “a priori” com base em dados medidos ou observados. Combinando as distribuições de capacidade com a distribuição probabilística de solicitações sobre as estacas, foram determinados os índices de confiabilidade e as probabilidades de ruína da estrutura, antes e depois da atualização. Os resultados foram comparados com resultados de Prova de Carga Estática realizada na obra. De uma forma geral, observou-se um ganho de confiabilidade na obra através do emprego da metodologia Bayesiana de análise.
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Análise de confiabilidade das fundações do cais modernizado do porto novo de rio grande (rs) aplicando metodologia bayesiana
(2016) Beloni, Aline de Viegas; Real, Mauro de Vasconcellos; Alves, Antônio Marcos de Lima
O objetivo deste trabalho é apresentar a aplicação de um procedimento de atualização da previsão da capacidade de carga geotécnica de estacas, tomando como base os registros documentados durante a execução das estacas. Essa atualização é obtida através da aplicação dos conceitos da análise bayesiana. A incerteza dos parâmetros é modelada por distribuições de probabilidade “a priori” e “a posteriori”. Para obtenção da distribuição “a priori” foram utilizados métodos semi-empíricos de previsão da capacidade de carga das estacas baseados em resultados de ensaios SPT (Standard Penetration Test), adaptados para incluir a variabilidade dos resultados do ensaio. A estimativa da distribuição “a posteriori” foi realizada através da atualização da distribuição “a priori”, utilizando uma função de máxima verossimilhança baseada nos dados disponíveis em registros de cravação e na aplicação de uma fórmula dinâmica. Além disso, determinou-se o índice de confiabilidade e a probabilidade de falha da estrutura, confrontando-se as resistências com as solicitações, antes e depois da atualização da capacidade de carga. Aplicou-se o procedimento em um estaqueamento em água da obra de remodelação do Porto Novo, em Rio Grande, RS.
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Análise de confiabilidade de vigas portuárias de concreto protendido
(2014) Rocha, Rafael Gonzales; Real, Mauro de Vasconcellos
O objetivo do presente trabalho é avaliar a confiabilidade estrutural nos projetos de vigas portuárias de concreto protendido, conforme os critérios da NBR 6118/2014. O estudo é aplicado ao projeto de vigas protendidas de estruturas portuárias, devido à necessidade de se verificar a influência da variação dos parâmetros de projeto sobre a segurança da estrutura. Será verificada a confiabilidade em relação ao estado limite último de flexão. Inicialmente desenvolveu-se um modelo para análise de estruturas portuárias de concreto, aplicável a seções transversais retangulares e “T”. Tal modelo foi validado confrontando os resultados obtidos com dados experimentais pré-existentes. Posteriormente procedeu-se a avaliação da probabilidade de falha segundo o método de confiabilidade de primeira ordem (FORM – First Order Reliability Method). Para avaliação da confiabilidade utilizou-se rotinas computacionais desenvolvidas pelos Professores Márcio Wrague Moura e Mauro de Vasconcellos Real, com base nas planilhas desenvolvidas por Low e Tang (2008). Depois de calculado o índice de confiabilidade foram realizados estudos paramétricos com vistas a observar a variação deste frente a três variáveis aleatórias: resistência característica à compressão do concreto; resistência característica de ruptura por tração da armadura ativa; relação entre carga permanente e carga total. Este estudo permite estimar a sensibilidade do nível de segurança do projeto em relação às variáveis aleatórias consideradas no modelo. Em função dos dados observados se verificou que a maior variação no índice de confiabilidade ocorreu frente à variação da relação entre carga permanente e carga total, porém, destaca-se a importância da analise conjunta das variáveis envolvidas no processo, bem como a relevância de uma análise detalhada da confiabilidade frente à variação da resistência característica de ruptura a tração da armadura ativa.
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Análise de confiabilidade do cais do Porto Velho - Rio Grande/RS através de ferramentas de equilíbrio limite e elementos finitos
(2022) Silva Neta, Luiza Antiqueira da; Fagundes, Diego de Freitas; Alves, Antônio Marcos de Lima
O presente estudo analisa a estabilidade global do Cais do Porto Velho, estrutura pertencente ao complexo portuário da cidade do Rio Grande no Rio Grande do Sul. A estrutura em questão trata-se de um cais de gravidade com extensão de 640 m, sendo que nos últimos anos esta estrutura vem apresentando deslocamentos excessivos em um trecho de 150 m compreendido entre os cabeços 09 e 13. Assim, tem-se como proposta avaliar o Cais do Porto Velho através de análises determinísticas e probabilísticas. A análise determinística é uma das análises mais difundidas no ramo da engenharia, a partir desta metodologia define-se o fator de segurança como a relação entre os esforços resistentes e os esforços solicitantes, este tipo de análise não leva em conta a variabilidade do material ou mesmo dos esforços. Em contrapartida, a análise probabilística não somente considera esta variabilidade dos parâmetros analisados como também permite estimar a probabilidade de falha e o índice de confiabilidade da estrutura. Cinco cenários de estudo foram analisados utilizando o software de Equilíbrio Limite SLIDE 2D e software de Elementos Finitos PLAXIS 2D. A análise da confiabilidade foi desenvolvida a partir dos métodos de Monte Carlo, FOSM e Estimativas Pontuais. Para compreender como a variabilidade do solo influencia no fator de segurança, cada cenário foi analisado quatro vezes, de modo que em cada uma destas análises foram utilizados coeficientes de variação baixos, médios e altos. Com base nos resultados destas análises, foram encontrados índices de confiabilidade entre 4,78 e 3,28. Além disto, observou-se que a perda do solo de proteção da base do enrocamento provoca uma diminuição média de 18% sobre o valor do fator de segurança e 17% do índice de confiabilidade. Além disto, foi possível verificar a convergência entre os resultados dos Método de Monte Carlo, FOSM e Estimativas Pontuais. A comparação entre os resultados do Método de Equilíbrio Limite e o MEF é possível, mas com ressalvas já que houve divergência entre os resultados dos valores dos fatores de segurança nos mesmos, porém, observou-se que o valor do índice de confiabilidade é semelhante. Também foi possível notar que conforme é considerado uma maior variabilidade dos parâmetros, percebe-se uma redução do valor do índice de confiabilidade e um aumento da probabilidade de falha.
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Análise de implantação de medidas de adaptação costeira : Estudo de caso Enseada Do Itapocorói - SC
(2018) Machado, Vanessa Barbosa; Calliari, Lauro Júlio; Klein, Antonio Henrique da Fontoura
No presente estudo foram avaliados os impactos decorrentes das obras de defesa do litoral implantadas na Enseada do Itapocorói – SC. Para isto, as estruturas costeiras foram classificadas segundo modelo baseado no histórico das diferentes práticas de engenharia costeira, e foram comparados os principais impactos das estruturas no meio ambiente e seu valor na preparação as mudanças climáticas. A análise das diferentes etapas de implantação dos projetos realizados nessa região foi efetuada segundo o Processo de Planejamento e Design, descrito no Coastal Engineering Manual (CEM) e legislação brasileira aplicável. Cadastro-diagnóstico, associado à fotointerpretação e análise de imagens de satélite, foi utilizado para verificação dos impactos na dinâmica costeira local causados pelos diferentes tipos de obras implantadas na linha de costa. Na região, inicialmente foram adotadas estruturas rígidas e fixas, como muros de contenção e espigões. Com o passar do tempo, foram adotadas “soluções baseadas na natureza”, representadas pela alimentação artificial realizada ao longo dos anos. No último projeto, observa-se o retorno ao uso de soluções rígidas, através da combinação do aterro hidráulico com dois espigões. Os principais impactos identificados correspondem à alteração do perfil praial, em decorrência da existência de infraestruturas físicas, especificadamente estruturas rígidas e obras de aterro hidráulico. Nos projetos de recuperação praial realizados na Enseada do Itapocorói não foram consideradas estimativas de variação do nível médio do mar. As soluções adotadas possuem orientação de curto prazo, associadas a estado de calamidade pública. Com base no conhecimento adquirido durante a execução do projeto foi realizada a avaliação de um Roteiro-Guia para a implantação de medidas de proteção junto às praias arenosas e proposta uma metodologia de orientação para a implantação de medidas de adaptação costeira.
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Análise do comportamento mecânico de brackets da fundação de fairleads de uma plataforma fpso através de simulação numérica
(2019) Martins, Kauê Louro; Santos, Elizaldo Domingues dos; Isoldi, Liércio André
Os sistemas de ancoragem em plataformas de produção de petróleo pois são responsáveis por manter o posicionamento da embarcação mediante ação de cargas ambientais. Usualmente tais sistemas fazem uso de diversas linhas de ancoragem, formadas por amarras e cabos de aço, aliados a diversos equipamentos situados na própria plataforma. Um destes equipamentos é o fairlead, uma roldana que guia a linha de ancoragem em direção ao deck da plataforma e não permite que cargas torcionais e horizontais se façam presentes nos demais equipamentos do sistema. As geometrias mais usuais de fairlead são fixadas a plataforma através de fundações soldadas, conhecidas como brackets. Os brackets são estruturas robustas compostas por chapas de aço espessas e de alta importância para o correto funcionamento não apenas do fairlead, mas de todo o sistema de ancoragem. Diante do exposto, o presente estudo analisou a geometria de brackets de sustentação de fairleads com chapas menos espessas que as comumente usadas, submetidos a um carregamento equivalente à solicitação ambiental máxima. A pesquisa fez uso do método Design Construtal para analisar o comportamento mecânico de 6 geometrias diferentes de brackets em relação ao limite de escoamento através de modelagem computacional desenvolvida na ferramenta Mechanical APDL do software ANSYS, que faz uso do Método dos Elementos Finitos. As geometrias estudadas foram baseadas nos brackets em operação na plataforma P-66 da Petrobras. Primeiramente, foram determinadas as cargas ambientais atuando na plataforma e as características das linhas de ancoragem para dois casos, o de carregamento máximo ambiental e o de carregamento máximo acidental, onde 4 linhas do caso anterior foram removidas. Os dados referentes a Bacia de Campos foram empregados nesses cálculos. A plataforma foi considerada estática assim como as cargas atuantes sobre ela. Os brackets são constituídos de chapas de aço AH36, com limite de escoamento de 355 MPa, e o carregamento foi aplicado a eles como pressão na região interna de uma furação que envolve um eixo acoplado ao fairlead. Para atestar o comportamento seguro dos brackets, a tensão máxima de von Mises neles deve ser inferior ao limite de escoamento do aço. As geometrias de brackets testadas são consideradas soldadas ao costado e variam entre si pela forma da chapa de aço horizontal. O modelo computacional do bracket foi desenvolvido utilizando o elemento finito do tipo sólido e as simulações foram efetuadas com malhas até cerca de 500 mil elementos finitos. Como conclusão, 3 das 6 geometrias extrapolaram a tensão de escoamento do aço, enquanto as outras 3 apresentaram valores em um dos brackets com baixo fator de segurança, mas dentro do comportamento linear. Ainda foi possível observar que o uso de chapas mais finas pode propiciar o surgimento de zonas de concentração de tensão, principalmente na região de união entre as chapas e o sólido ao redor da furação onde o carregamento é aplicado.
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Análise do comportamento mecânico do rejeito de dragagem cimentado
(2024) Ramson, Caio Yan Pimpão; Fagundes, Diego de Freitas
O Porto do Rio Grande tem grande relevância econômica para o Rio Grande do Sul e, especificamente, para a cidade do Rio Grande. Para a manutenção do funcionamento dessa atividade, se faz necessária a realização de sucessivos processos de dragagem do Canal de Acesso ao Porto, para garantir a trafegabilidade de embarcações no local. Corriqueiramente descartados em alto-mar, faz- se necessário encontrar usos alternativos para o resíduo que oriunda do processo de dragagem. Assim, o presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento mecânico de rejeito de dragagem quando submetido ao processo de melhoramento por mistura com agentes estabilizadores. Para isso, o estudo foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa, foi feito um programa experimental com um projeto fatorial 2k com quatro fatores controláveis: massa de Cimento Portland, relação do teor de umidade pelo limite de liquidez, massa de areia seca e tempo de cura. Foram analisados nessa etapa um total de noventa e seis corpos de prova, sendo que parte dos corpos de prova passaram por cura em câmara úmida, e parte por cura em condição saturada, através da imersão dos corpos de prova. Na segunda etapa da pesquisa, descrita como estudo final, foi desenvolvido um programa experimental com cinco fatores controláveis, sendo esses os mesmos empregados na etapa 01, com acréscimo da quinta variável: cal de carbureto. Para essa etapa final, foram analisados um total de 210 corpos de prova, em ensaios de ruptura a compressão simples e tração na compressão diametral. Os resultados demonstram a relevância dos ensaios de dosagem, com a resistência à compressão simples variando entre 0,85 MPa aos 7 dias e 4,60 MPa para ruptura aos 28 dias empregando cimento Portland tipo CP V. Verifica-se, ainda, a significância do consumo de cimento e do teor de umidade empregado nas misturas na resistência atingida. Como forma de complementar os resultados obtidos, foi feita a análise MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) e a correlação entre a resposta mecânica à compressão simples e o índice porosidade por teor volumétrico de agente estabilizante, a qual se mostrou satisfatória para estabelecer as curvas de dosagem.
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Análise do desempenho de um aerogerador de pequeno porte
(2006) Acunha Junior, Ivoni Carlos; Almeida, Jorge Alberto
O objetivo deste trabalho é analisar o desempenho de um gerador eólico de pequeno porte. Para isto foi instalado um aerogerador de velocidade variável com potência nominal de 250 W. O aerogerador utiliza o sistema de estol ativo para controle de rotação e proteção, maximizando a eficiência aerodinâmica, minimizando a complexidadee os custos de fabricação do sistema os quais poderiam ser impeditivos à geração de energia com estes equipamentos em função da sua pequena capacidade de geração. Para monitoramento do sistema foi instalada uma torre anemométrica contendo dois anemômetros de três conchas, um sensor de direção do tipo leme direcional e um sistema de aquisição e armazenamento de dados (data logger), um amperímetro tipo alicate utilizado para medição da corrente elétrica e um voltímetro para medição da tensão, ambos com um sistema de armazenamento de dados e um medidor de energia. Com os dados de vento medidos no local e a potência convertida, calculada através da tensão e corrente elétrica produzida pelo aerogerador foi construída acurva de potência deste e comparada com a curva de potência fornecida pelo fabricante, onde concluímos que o desempenho deste foi muito próximo do desempenho apresentado pelo fabricante, sendo em algumas situações superior. O gráfico do coeficiente de potência deste aerogerador foi construído a fim de verificar a relação entre a potência real convertida e o potencial eólico disponível para as diversas velocidades do vento experimentadas. Com os dados de vento tratados estatisticamente utilizando a função densidade de probabilidade de Weibull e a curva de potência, foi calculada aenergia convertida pelo aerogerador e o seu fator de capacidade, o qual representa a relação entre a energia convertida pelo aerogerador em um certo intervalo de tempo e a energia existente no vento para o mesmo intervalo. Foi concluído que o aerogerador possui um desempenho aceitável para as velocidades do vento a que o mesmo foi submetido durante a operação.
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Análise dos esforços em estacas de um cais de contêineres de paramento aberto
(2015) Viegas, Carlos Henrique Hernandorena; Real, Mauro de Vasconcellos; Alves, Antônio Marcos de Lima
O transporte marítimo e fluvial e seus portos sempre desempenharam e continuam a desempenhar um papel fundamental na relação entre os povos e no desenvolvimento da economia mundial. O Brasil, com 8,5 mil km de costas, tem 95% do seu comércio exterior utilizando o transporte marítimo, com uma movimentação de 700 milhões de toneladas de mercadorias por ano.. E, isso, com uma importante parte com o uso dos contêineres, que trabalham dentro de um sistema unitizado e otimizado de cargas. Desta forma, navios e portos têm sido adaptados em suas estruturas físicas e mecânicas para tornar cada vez mais eficiente o uso desse sistema. Assim, as estruturas de acostagem dos portos necessitam cada vez mais de instrumentos de análise que permitam, não apenas realizar o dimensionamento de suas estruturas, mas, principalmente, compreender o comportamento dos esforços a que estão submetidas. O objetivo deste trabalho foi, portanto, determinar o comportamento das fundações em estacas em um cais de contêineres de paramento aberto constituído por uma laje apoiada sobre estacas, levando em conta diferentes combinações de ações, destacando aquelas que conduzem às situações mais desfavoráveis. Para tanto, foi utilizado o método dos elementos finitos e o software ANSYS. Para o estudo de caso foi adotado um modelo extraído e adaptado a partir de um dos módulos da ampliação do cais do TECON-RS, localizado no porto de Rio Grande. Para as ações foram consideradas, além das triviais, tais como peso próprio e sobrecargas de serviço, aquelas devidas aos equipamentos específicos utilizados nesse cais e aquelas decorrentes de fatores ambientais, tais como vento e correntes. Destas ações resultaram 227 combinações de esforços dentre as quais foram selecionadas as 12 mais importantes consideradas principais. Os resultados obtidos permitiram determinar a variação dos esforços nas estacas em função das diferentes combinações, demonstrando a importância das estacas inclinadas na absorção dos esforços transversais decorrentes das ações do vento e das correntes, bem como do movimentos dos navios, quer através das amarras como também das defensas. Outro aspecto considerado importante foi a constatação da desatualização das normas brasileiras sobre o assunto e, mesmo, a pouca literatura técnico-científica sobre o tema.
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Análise dos procedimentos de avaliação do potencial de durabilidade das estruturas de concreto com base na determinação do coeficiente de difusão de cloretos
(2020) Sell Junior, Felix Krolow; Magalhães, Fábio Costa
O concreto é o material mais largamente utilizado na construção civil, sendo também o material de construção mais utilizado na construção de estruturas costeiras e marinhas. No entanto, esse material pode apresentar diversos problemas relacionados ao seu desempenho, principalmente relacionados à sua durabilidade. A durabilidade de estruturas de concreto armado pode ser afetada por vários processos de deterioração, sendo a ação dos íons cloreto presentes na água do mar considerada a maior ameaça à durabilidade de estruturas de concreto armado. A ação dos íons cloreto em estruturas de concreto armado é responsável pela despassivação das armaduras, desencadeando o processo corrosivo do aço, causando uma ação expansiva e, consequentemente, vindo a deteriorar o concreto. O processo de difusão de cloretos é considerado o principal mecanismo que rege a penetração de íons cloreto em uma estrutura de concreto armado. Neste sentido o presente trabalho tem como objetivo avaliar os procedimentos de ensaios e os resultados de três diferentes metodologias de determinação do coeficiente de difusão de cloretos no concreto. Os concretos analisados foram produzidos com diferentes relações água/aglomerante (0,45; 0,55; 0,65) e substituição parcial do cimento por sílica ativa nas porcentagens de 5, 10 e 20 %. Foram também realizados ensaios de resistência à compressão e de absorção de água por capilaridade. As metodologias utilizadas para determinação do coeficiente de difusão de cloretos no concreto foram da ASTM C1556 (2016), NT Build 492 (1999) e UNE 83987 (2012). Com relação à determinação do coeficiente de difusão por meio das três diferentes metodologias, os métodos da UNE 83987 (2012) e NT Build 492 (1999) apresentaram a menor média de resultados para o coeficiente de difusão. Já a média de resultado do coeficiente de difusão de cloretos obtido pelo método da ASTM C1556 (2016) apresenta resultados mais elevados. Nos resultados obtidos para o coeficiente de difusão para as três metodologias de determinação do coeficiente de difusão de cloretos, os concretos com menor relação água/aglomerante e com substituição parcial de cimento por sílica ativa apresentaram resultados mais próximos, sendo que a medida em que aumentou a relação água/aglomerante os resultados para o coeficiente de difusão apresentaram maior diferença. Em geral os métodos de determinação do coeficiente de difusão de cloretos no concreto realizados neste estudo apresentaram boa relação e correlação, sendo constatada excelente correlação do rápido método da NT Build 492 (1999) com os resultados da consolidada metodologia do método da ASTM C1556 (2016).
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Análise estrutural de torres anemométrica e de sustentação de turbinas eólicas
(2005) Vergara, Ricardo Freitas; Almeida, Jorge Alberto
Este trabalho apresenta a análise estrutural desenvolvida de torres utilizadas em projetos para determinar o potencial eólico da região em estudo (torre anemométrica) e na instalação de turbinas eólicas na altura de projeto(torres de sustentação reticulada e tubular). Determinando as forças e momentos atuantes, assim como as freqüências e modos naturais de vibração das torres através das técnicas utilizadas pela mecânica clássica e pelo método dos elementos finitos, para a análise estrutural segundo os critérios de falha por fadiga e flambagem na situação normal de trabalho e quando a estrutura encontra-se sob a ação de uma força harmônica.
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Análise experimental da durabilidade de vigas de concreto armado reforçadas com fibras de aço e sintéticas submetidas a ensaios de corrosão induzida
(2021) Muniz, Mara Bruna Silveira; Real, Mauro de Vasconcellos; Segura-Castillo, Luis
Um dos maiores problemas na durabilidade das estruturas de concreto armado é a corrosão das armaduras por contaminação com cloretos em ambiente marinho. Com base nesse contexto, o objetivo do presente trabalho é analisar a durabilidade de vigas de concreto armado sem fibras em comparação às amostras com adição de fibras de aço e fibras sintéticas sob corrosão induzida, verificando a influência da adição de fibras na matriz do concreto em relação ao início de propagação da corrosão. Avaliando se as fibras retardam o início de propagação em relação as amostras de referência. Portanto, o programa experimental tem por finalidade analisar o comportamento de vigas de concreto armado reforçadas com fibras sob corrosão induzida, bem como contribuir com a regulamentação e o controle para aplicação do material. Inicialmente foram realizados ensaios de caracterização do compósito, quais sejam: consistência, absorção capilar, porosidade, densidade, resistência à compressão axial, resistência à tração na flexão e tenacidade do concreto. Foram produzidas 24 vigas de concreto armado sem armadura transversal e com seção transversal de 150 mm x 300 mm de comprimento; as amostras foram divididas em 3 séries: concreto armado (CA), concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) e concreto reforçado com fibras sintéticas (CRFS); 8 amostras por série, onde as armaduras longitudinais foram submetidas a ensaios de indução à corrosão. Foi adotado um teor de fibra de 0,5% em volume de concreto. Estão sendo analisados dois parâmetros diretamente ligados à durabilidade, a relação água/cimento e a abertura de fissura. As vigas foram confeccionadas com os parâmetros relação água/cimento e limite de abertura de fissura normatizados segundo a classe de agressividade ambiental e com esses mesmos parâmetros sendo irregulares, ou seja, fora de norma, como forma de verificar a eficácia da adição de fibras no controle de início de propagação da corrosão. Diante dos resultados obtidos, analisados segundo os parâmetros adotados, foi observado que o início de propagação da corrosão começou mais cedo para as amostras com abertura de fissura de 0,5 mm em relação às amostras com abertura de fissura de 0,2 mm. Em referência ao parâmetro relação a/c não foi observado diferenças significativas tanto para a série sem fibras quanto para a série com fibras. Verifica-se também que, as amostras com fibras demoraram mais tempo a dar indícios de corrosão em relação às vigas de referência. Destacando um melhor comportamento para a série CRFS. Portanto, indicando melhor comportamento em relação à durabilidade para as vigas reforçadas com fibras sintéticas.
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Análise geométrica e numérica da transferência de calor por convecção forçada de escoamentos turbulentos em um trocador de calor de micro canal
(2023) El Halal, Youssef Bandeira; Santos, Elizaldo Domingues dos; Teixeira, Filipe Branco
O presente trabalho consiste na avaliação numérica de um escoamento turbulento, permanente, bidimensional, incompressível e com convecção forçada ao longo de um micro canal com paredes com corrugações em formato trapezoidal. A geometria do domínio é avaliada com o método Design Construtal. São aplicadas duas restrições, a área do micro canal e a área do trapézio da corrugação a montante do canal. A partir disso, são avaliados dois graus de liberdade: a razão entre a base menor e a base maior do trapézio da corrugação a montante do canal (LA2/LA1) e a razão entre a altura do trapézio e sua base maior (H1/LA1). Todos os casos são simulados para escoamentos convectivos com números de Reynolds e Prandtl iguais a ReD = 22.000 e Pr = 0,71. As equações temporais médias de conservação de massa, quantidade de movimento e energia são resolvidas através do Método dos Volumes Finitos implementado no software Ansys Fluent com modelo de turbulência RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) e fechamento da turbulência utilizando o modelo kω - SST (Shear Stress Transport). O estudo tem por objetivo avaliar o efeito da geometria das corrugações sobre a taxa de transferência de calor e a perda de carga através do micro canal. Através do estudo foi possível encontrar a razão H1/LA1 a qual gera uma melhora de 26,2% na taxa de transferência de calor quando comparado ao pior caso para uma mesma razão LA2/LA1. Além disso, os resultados indicaram que, as maiores inserções da corrugação trapezoildal inferior conduziram a um melhor desempenho térmico do trocador, enquanto a corrugação superior possui pouca contribuição para a troca térmica. Do ponto de vista fluidodinâmico, as menores inserções na direção normal ao escoamento conduziram a menores perdas de carga, como intuitivamente esperado.
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Análise numérica da configuração geométrica em dispositivos de conversão de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante considerando uma turbina de impulso
(2022) Santos, Amanda Lopes dos; Santos, Elizaldo Domingues dos; Conde, José Manuel Paixão
O presente trabalho apresenta um estudo numérico sobre a investigação geométrica de um dispositivo de conversão de energia das ondas dos oceanos do tipo Coluna de Água Oscilante (CAO), considerando uma turbina de impulso com rotação na região do duto de ar através de implementação de malha móvel. Mais precisamente, é empregado um modelo com um escoamento turbulento, transiente e incompressível de ar em um domínio bidimensional, que simula a câmara do dispositivo CAO. Nas simulações são impostas diferentes velocidades de entrada de acordo com cada geometria para que se mantenha uma mesma velocidade de ponta de pá de λ = 1.25. Primeiramente, o modelo computacional foi verificado e validado através da comparação de coeficientes de potência com os obtidos numericamente e experimentalmente na literatura para escoamentos turbulentos sobre turbinas Savonius em túnel de vento para diferentes velocidades de ponta de pá. O objetivo geral do trabalho é aplicar o Método do Design Construtal a fim de avaliar numericamente a influência da geometria da câmara trapezoidal do dispositivo sobre indicadores de performance, como a potência disponível, a potência da turbina e a eficiência. O problema é sujeito a duas restrições de área (área da região retangular da câmara do CAO e área trapezoidal de transição entre a região retangular da câmara e o duto de saída. Além disso, são investigados 2 graus de liberdade: H1/L1 (razão entre altura e comprimento da região retangular da câmara) e L2/H2 (razão entre a base menor da região trapezoidal da câmara e altura dessa região). De posse dos resultados, a geometria na qual observou-se a maior eficiência (η =0.601726) do dispositivo corresponde aos valores de L2/H2 = 1.0 e H1/L1 = 5.0. Entretanto, a eficiência não é o melhor indicador de performance para a análise do problema investigado aqui, pois conduz a geometrias ótimas não recomendadas. Assim, é recomendado o uso da potência da turbina. O desempenho da configuração ótima foi aproximadamente 10% superior a pior configuração, mostrando a importância da investigação geométrica nesse tipo de problema. Esta condição ótima foi obtida para a razão mais alta de L2/H2 testada, ao passo que a razão de L2/H2 = 0.75 forneceu menor potência quando comparada às outras.