Análise Termo-Mecânica 2D da Barragem de Contraforte de Itaipu pelo Método dos Elementos Finitos em Fortran

Abstract

As barragens de concreto estão sujeitas a diversos tipos de carregamentos, provenientes do peso próprio, da pressão hidrostática do reservatório e da variação térmica sazona. Diversos trabalhos destacam a importância de se avaliar os efeitos da variação de temperatura em relação ao desempenho e a durabilidade das estruturas. Dessa forma, a avaliação do campo de temperatura é essencial para se determinar tensões e deslocamentos de origem térmica. Através de um estudo de caso na Barragem da Central Hidrelétrica de Itaipu (CHI), é proposto o desenvolvimento de um código computacional em Fortran, com base no método dos elementos finitos, capaz de simular o comportamento termo-mecânico de um meio bidimensional submetido à transferência de calor por condução. As propriedades térmicas do concreto foram obtidas em relatórios de ensaio da barragem, disponível no Sistema de Arquivo Técnico (SAT) da CHI. Os dados dos instrumentos de monitoramento da barragem foram utilizados para se determinar as condições de contorno e validação. O acoplamento é realizado empregando-se o campo de temperatura obtido na análise térmica como condição inicial de carregamento na análise mecânica. A fim de complementar a etapa de validação realizou-se a mesma análise com o programa comercial ANSYS®, cuja eficiência é comprovadamente reconhecida na literatura técnica e o acoplamento é realizado de maneira intuitiva com as ferramentas atualmente disponíveis no workbench. As soluções das simulações foram analisadas e os resultados do código desenvolvido foram satisfatórios.

Concrete dams are subject to different types of loads: their own weight, hydrostatic reservoir pressure and seasonal thermal variation. Several studies emphasize the importance of evaluating the effects of temperature variation in relation to the performance and durability of the structures. Thus, the evaluation of the temperature field is essential to determine thermical stresses and displacements. Through a case study at the ITAIPU Hydroelectric Power Station (CHI), it is proposed the development of a computational code in FORTRAN, based on the Finite Element Method, capable of simulating the thermal behavior of a two dimensional domain subjected to conduction heat transfer. The thermal properties of the concrete were obtained in dam test reports, available from the CHI Technical File System (SAT). The dam monitoring instruments data were used to determine the boundary and validation conditions. Thermo-structural coupling is performed using the temperature field as the nodal contour condition via the initial thermal deformation. In order to validate the model, the ANSYS® commercial software was used. Finally, the solutions of the simulations were analyzed and the results of the developed code were satisfactory