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Monitorização de deslocamentos em grandes barragens utilizando GNSS : aplicação à barragem do Cabril

Author(s): Morais, Rodrigo de Sousa

Date: 2017

Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.21/8318

Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico de Lisboa

Subject(s): Barragem abóbada dupla curvatura; Monitorização; Controlo da segurança; Medição de deslocamentos; Modelo de separação de efeitos; Modelos de elementos finitos 3D; Arch dam; Monitoring; Safety control; Displacement measurement; Effects Separation Model; 3D Finite Element Models; Global Navigation Satellite System (GNSS); MATLAB ©


Description

A monitorização contínua de deslocamentos em barragens desempenha um papel fundamental no controlo da segurança destas estruturas. O controlo da segurança é efetuado com base na comparação entre resultados da monitorização, p.ex. deslocamentos observados por fios de prumo, métodos geodésicos ou, mais recentemente, com GNSS (Global Navigation Satellite System) e resultados obtidos por modelos numéricos, geralmente modelos de elementos finitos 3D (MEF3D). No caso da barragem do Cabril, que se apresenta nesta dissertação, não foram instalados fios de prumo na secção central. Assim, a monitorização de deslocamentos nesta secção é realizada por métodos geodésicos clássicos que não permitem a monitorização em contínuo (apenas duas campanhas de observação por ano). Deste modo, entendeu-se que o uso do GNSS seria particularmente útil, pois permite uma monitorização em contínuo do deslocamento no topo da secção central. Como a barragem de Cabril apresenta problemas de fendilhação desde o seu primeiro enchimento, é de extrema importância acompanhar continuamente vários pontos notáveis, que incluem o topo da secção central. A presente dissertação foca-se na validação dos deslocamentos obtidos por GNSS, na barragem de Cabril, usando um modelo numérico de elementos finitos 3D, desenvolvido em MATLAB, no qual a fissuração é simulada através de elementos de junta. O MEF3D foi calibrado com base em deslocamentos observados por fios de prumo (em duas secções não centrais) e por métodos geodésicos clássicos, considerando variações de pressão hidrostática e variações anuais de temperatura. As histórias de deslocamentos observados por fios de prumo e métodos geodésicos foram analisadas usando um Modelo de Separação de Efeitos (MSE), para facilitar o processo de comparação entre os deslocamentos observados e os resultados numéricos. Desta forma, o modelo EF3D foi calibrado e usado para validar as medições GNSS.

The continuous monitoring of dam’s displacements plays a key role in the safety control of these structures. The safety control is based on the comparison between monitoring data, e.g. observed displacements by plumb lines, geodetic methods or, more recently, with GNSS (Global Navigation Satellite System), and results obtained by numerical models, usually 3D finite element models (3DFEM). In the case of Cabril dam, presented in this dissertation, no plumb lines were installed in the central section. So, the displacements monitoring in this section is performed by geodetic methods that do not allow a continuous monitoring (only two observation campaigns per year). Therefore, the use of GNSS is particularly useful since it allows a continuous monitoring of the top of the central section’s displacement. Because Cabril dam presents cracking problems since the first filling of the reservoir, it is of utmost importance to continuously monitor several notable points, which include the point at the top of the central section. For this purpose, the present dissertation focuses on the validation of GNSS measurements in the Cabril dam using a numerical model of 3D finite elements, developed in MATLAB, in which the cracking is simulated through interface elements. The 3DFEM was calibrated on the basis of displacements measured with plumb lines (at two non-central sections) and measured with classical geodetic methods, considering hydrostatic pressure variations and annual temperature changes. The histories of measured displacements by plumb lines and geodetic methods were analysed using an effects separation model in order to ease the comparison process between the measured displacements and the 3DFEM results. In this way, the 3DFE model was calibrated and then used to validate GNSS measurements.

Trabalho final de mestrado elaborado no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) para a obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa no âmbito do protocolo de cooperação entre o ISEL e o LNEC

Document Type Master thesis
Language Portuguese
Advisor(s) Oliveira, Sérgio Bruno Martins de; Lima, José Nuno
Contributor(s) Morais, Rodrigo de Sousa
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