Cálculo de forças em lajes sujeitas à ação da agitação marítima

Abstract

Na presente dissertação estudam-se as forças atuantes em lajes que estão sujeitas à ação da agitação marítima e cuja determinação é importante para efeitos do seu dimensionamento. Em particular, analisam-se as formulações existentes para calcular forças em pontes-cais localizadas junto à costa, de fácil e rápida utilização, para aplicação em fase de estudo prévio destas estruturas, referindo os seus limites de aplicação. Da revisão bibliográfica das formulações existentes é possível concluir que existem poucos estudos que consideram as forças verticais atuantes em estruturas marítimas cuja largura da laje é comparável ao comprimento de onda incidente. A maior parte dos estudos efetuados incide em estruturas situadas em grandes profundidades e desprovidas de proteção, nomeadamente em plataformas offshore. Existem, no entanto, alguns estudos mais recentes efetuados em estruturas marítimas tais como pontes, em águas pouco profundas, e que recorrem também à modelação numérica bidimensional. O presente caso de estudo é uma ponte-cais para atraque de navios localizada em pequenas profundidades. Para este caso foram definidas sete secções transversais da ponte-cais com características geométricas e profundidades diferentes. As forças foram calculadas, para cada uma destas secções, através das formulações aplicáveis às condições em estudo, considerando a agitação incidindo perpendicularmente à estrutura. Foram ainda calculadas as forças utilizando o modelo numérico bidimensional IH-2VOF, que resolve as equações de Reynolds-Averaged-Navier-Stokes (RANS) com superfície livre. Para a aplicação do modelo foi feito inicialmente um estudo de convergência com a malha e após a escolha da discretização da malha mais indicada procedeu-se ao cálculo das forças nas diferentes secções tipo da estrutura em estudo. Dos resultados do cálculo das forças com o modelo IH-2VOF e consequente comparação com os resultados das fórmulas foi possível concluir que se obtêm forças máximas, verticais e horizontais, na secção onde a profundidade é maior com ambos os métodos de cálculo. Tanto as fórmulas como o modelo IH-2VOF apresentam variação das forças com as mesmas tendências ao longo da estrutura, sendo as forças verticais máximas, em geral, significativamente superiores às forças horizontais máximas. As fórmulas de McPherson e AASHTO são as que, em geral, mais se aproximam dos resultados do IH-2VOF em termos de forças verticais máximas e a de Douglass às forças horizontais, e apresentam a mesma tendência global ao longo das diferentes secções, com diferenças médias na ordem dos 20-30%.