Avaliação probabilística baseada no desempenho de um trecho de linha de transmissão sujeito à ação sequencial de sismo e vento

Abstract

O presente trabalho apresenta uma análise baseada no desempenho de um trecho de linha de transmissão eletrica submetido à ação sequencial de sismo e vento. Torres de linhas de transmissão (TLTs) são infraestruturas críticas tradicionalmente projetadas para resistir a cargas isoladas, sendo o vento predominante nas normas técnicas. Contudo, essa abordagem pode subestimar a vulnerabilidade real em regiões de múltiplos riscos, onde a ocorrência sequencial de sismos e ventos fortes induz danos acumulados que comprometem a integridade do sistema. Propõe-se uma metodologia para a avaliação probabilística de um trecho de linha de 230 kV submetido à ação sequencial de sismo e vento, que utiliza modelo de elementos finitos não linear, considerando plastificação e isntabilidade das torres. As cargas sísmicas foram representadas por acelerogramas artificiais e o vento, por um processo estocástico via ARMA. A resposta estrutural foi avaliada por análise dinâmica não linear no domínio do tempo, simulando o impacto sucessivo de ambos os fenômenos. Os resultados indicam que, para acelerações (PGA) superiores a 0,85g, o dano acumulado reduz significativamente a capacidade resistente. Ventos moderados (27,5 m/s), que não afetariam a estrutura intacta, podem desencadear colapso progressivo. A taxa de falha anual (TFA) aumenta até 26,5% e 13,4% para estados limite de serviço e colapso, respectivamente, comparado a ventos isolados. Além disso, o tempo de inspeção e reparo após o sismo mostra-se crítico para a resiliência do sistema. Conclui-se que avaliações baseadas em ameaças independentes são insuficientes para garantir a segurança de longo prazo. A metodologia proposta permite quantificar o risco acoplado, ofere- cendo ferramenta robusta para projeto e gestão de ativos em sistemas de transmissão expostos a eventos climáticos e geológicos sucessivos.

Abstract: This study presents a performance-based analysis of a transmission line segment subjected to the sequential action of earthquake and wind. Transmission line towers (TLTs) are critical infrastructures traditionally designed to withstand isolated loads, with wind being the predominant action in technical standards. However, this approach may underestimate the actual vulnerability in multi-hazard regions, where the sequential occurrence of earthquakes and strong winds induces cumulative damage that compromises system integrity. A methodology is proposed for the probabilistic assessment of a 230 kV transmission line segment subjected to the sequential action of earthquake and wind. It employs a nonlinear finite element model, considering tower plastification and instability. Seismic loads were represented by artificial accelerograms, and wind by a stochastic ARMA process. The structural response was evaluated through nonlinear dynamic analysis in the time domain, simulating the successive impact of both phenomena. The results indicate that, for peak ground accelerations (PGA) greater than 0.85g, accumulated damage significantly reduces the load-carrying capacity. Moderate winds (27.5 m/s), which would not affect the intact structure, can trigger progressive collapse. The annual failure rate (AFR) increases by up to 26.5% and 13.4% for serviceability and collapse limit states, respectively, compared to isolated wind loading. In addition, the inspection and repair time after the earthquake is shown to be critical for system resilience. It is concluded that assessments based on independent hazards are insufficient to ensure long-term safety. The proposed methodology enables the quantification of coupled risk, providing a robust tool for design and asset management in transmission systems exposed to successive climatic and geological events.