CONDUTAS SUSPENSAS - CARGAS E DIMENSIONAMENTO DOS APOIOS

A utilização de modelos matemáticos para o estudo de infraestruturas de condutas hidráulicas em pressão, associadas a diferentes solicitações em engenharia, reveste-se da maior relevância na segurança e operação desses sistemas. Normalmente recorre-se a modelos específicos de interação fluido-estrutura baseados no método de elementos finitos (MEF), que permitem determinar a vulnerabilidade dos sistemas hidráulicos sob diferentes tipos de ações (e.g., eventos e/ou variação de pressão). Como parte da simulação numérica de um gasoduto, aqueduto, oleoduto suspensos, é necessário proceder ao dimensionamento dos apoios para suportar essas cargas de pressão hidrodinâmica.

Durante a ocorrência de uma variação de pressão no interior de uma conduta pressurizada, essa infraestrutura é forçada a oscilar lateralmente, induzindo deslocamentos que conduzam à saída dos seus apoios.

Deste modo, identificar a frequência, as consequências e fazer a previsão de eventos acidentais é de extrema importância, no que diz respeito à estabilidade dos apoios verticais associados aos regimes transitórios hidráulicos (golpe de aríete), às várias cargas ou solicitações que possam ser consideradas, por forma a prever situações acidentais que possam pôr em risco a operacionalidade das infraestruturas e a segurança de vidas humanas.

Ocorrência de acidentes

Acidentes associados a eventos naturais ou ações humanas são uma causa comum de falha em sistemas de condutas. Como resultado, acidentes indesejados levam a danos, à destruição das redes, assim como à interrupção no seu funcionamento. Esses eventos também podem ser classificados como externos ou internos. Os externos podem resultar de eventos como tempestades, inundações, deslizamentos de terra, terremotos, ou ruturas que podem estar associados a uma sequência de características estruturais, estado de manutenção ou de dispositivos de operação hidráulica. Os sistemas de condutas, especialmente os instalados acima do solo, estão sujeitos a ações dinâmicas relevantes durante a ocorrência de transitórios hidráulicos (golpe de aríete).

Quando essas forças são associadas ao movimento do sistema, é gerada uma interação fluido-estrutura, o que significa que o líquido e a conduta devem ser analisados como um todo. Pressões transitórias e vibrações dinâmicas geradas por uma ação hidrodinâmica induzido pelo fechamento de uma válvula (condição operacional - causas internas) levam a novas cargas no sistema e pressões externas criadas pelo solo e/ou através de cargas sobre as condutas.

A conduta suspensa, aqui apresentada, foi calculada para duas diferentes combinações de carga: sobrecarga ULS1-máxima e ULS3-live. Para a primeira sobrecarga, a estrutura cumpriu as condições de segurança, ao contrário da combinação ULS3, onde as especificações padrão de projeto falharam em todos os aspetos: (i) tensão máxima de flexão da conduta; (ii) deflexão máxima a meio do vão; iii) resistência máxima aceitável; e (iv) limite de amortecimento. Usando uma carga de ponto móvel em ULS3, o intervalo médio máximo alcançado nos resultados de simulação permitiu a validação das medições realizadas in situ.

A distribuição dos momentos fletores, forças axiais, deslocamentos e deformações ao longo da conduta e nos apoios exige o estudo detalhado por forma a quantificar todos os parâmetros característicos associados que possam interferir na estabilidade estrutural do sistema.

A interação fluido-estrutura é vista como uma ótima abordagem para descrever que a variação da pressão hidrodinâmica pode ser amplificada devido ao movimento das ondas de pressão no fluido induzidas por perturbações (como válvulas ou bombas em funcionamento dinâmico), e que por sua vez induz deformações adicionais da estrutura conduta e apoios. Consequentemente, essas deformações também conduzem à alteração da pressão hidrodinâmica através da interação entre a estrutura, material da conduta, e o fluido, existente no seu interior. Outra observação relevante está relacionada com o aumento da turbulência e vibração através da propagação das ondas no fluido em pressão no seu interior que podem variar entre 300 a 1100 m/s (dependendo do tipo de material da conduta), e de 5000 m/s para a propagação no material sólido, sendo um fator significativo para a instabilidade de todo o conjunto (i.e., comportamento da estrutura com fluido no seu interior). Embora a modelação, na formulação 3D, seja morosa e complexa e exija calibração adequada, fornece dados interpretativos relevantes, permitindo melhorar o entendimento das análises de diagnóstico, para a resolução de problemas de forma detalhada, sem ter que recorrer a modelos físicos experimentais dispendiosos e com efeitos de escala significativos.

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