Publicação

Desenvolvimento de um modelo de elementos discretos para o estudo de barragens gravidade em alvenaria

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Em 1853, J. Sazilly publicou o primeiro documento científico na área da Engenharia de Barragens. Neste artigo, Sazilly propõe um novo método para a definição do perfil de barragens gravidade em alvenaria, com base na análise de tensões. Quase 40 anos depois, em 1895, após o acidente da barragem de Bouzey, M. Lévy publicou um relatório em que descreve o importante efeito da subpressão na estabilidade global das barragens gravidade. Apenas nos anos 1960, R. Clough e E. Wilson desenvolveram as primeiras análises de barragens através do Método dos Elementos Finitos, para tratar de problemas térmicos e sísmicos. Esta introdução histórica descreve o período no qual a maioria das barragens gravidade em alvenaria foi construída. Muitas destas barragens apresentam alguma fragilidade estrutural que reflecte o conhecimento disponível na época em que foram projectadas, para além de outras fragilidades, relacionadas com problemas de deterioração. Hoje em dia, a exploração destas barragens representa um desafio, pois a segurança estrutural deve ser garantida de acordo com os regulamentos modernos. A maioria das aplicações numéricas existentes no mercado, não permitem a modelação realista dos mecanismos de rotura específicos das barragens gravidade em alvenaria, pois foram desenvolvidos para a análise de estruturas correntes. Neste contexto, foi elaborada uma aplicação numérica, através da linguagem de programação C++, com base no método dos elementos discretos (MED), designada por DEC-DAM. A aplicação foi elaborada especificamente para tratar dos problemas relacionados com barragens gravidade, especialmente as barragens gravidade em alvenaria, apesar de a sua utilização também ser válida para as barragens gravidade em betão. A aplicação permite a realização de análises estáticas, dinâmicas e de escoamento, com acoplamento hidromecânico, para além da análise do processo de injecção de calda e do reforço estrutural com ancoragens. Os modelos desenvolvidos através desta aplicação podem ser discretizados em blocos com três ou quatro lados, rígidos ou deformáveis. A associação entre blocos pode ocorrer de forma semelhante a uma malha de elementos finitos ou através do estabelecimento de contactos entre blocos, constituindo um meio descontínuo. Foi desenvolvida uma solução completa para a detecção, actualização e eliminação de contactos ao longo da análise. A solução numérica utilizada corresponde a integração da equação de movimento, através do método das diferenças centrais, em associação as técnicas das massas escaladas e de relaxação dinâmica. A análise dinâmica baseia-se na mesma solução numérica da análise estática, excepto no que se refere à utilização das massas escaladas e da relaxação dinâmica, que é substituída pela aplicação do amortecimento de Rayleigh. Foram elaboradas diversas ferramentas para a aplicação das solicitações dinâmicas e respectivas condições de fronteira. Para a aplicação simultânea das componentes de corte e de compressão foi implementada uma solução designada por free-field. A aplicação permite ainda a realização de análises hidromecânicas. A estrutura de dados, nomeadamente a concepção da malha de escoamento, possibilita a integração do cálculo hidráulico e mecânico. O cálculo hidromecânico foi estendido para tratar das questões relacionadas com a injecção de calda. O modelo desenvolvido permite, numa mesma análise, efectuar o estudo do escoamento de água por uma fissura, a substituição da água pela calda por meio da simulação do processo de injecção e, posteriormente, o endurecimento da calda e a avaliação do seu efeito no comportamento estrutural da barragem. Para além disto, a aplicação admite a aplicação de pregagens e ancoragens que, em conjunto com a injecção de calda, permite avaliar a grande parte das obras de reforço e reparação de barragens. Foram ainda analisadas cinco barragens, das quais três estão localizadas em Portugal, barragem de Guilhofrei, de Lagoa Comprida e da Póvoa, uma na Índia, barragem de Bhandardara, e uma no Canadá. Estes estudos permitem demonstrar mais amplamente as capacidades da aplicação desenvolvida.
Autores principais:	Bretas, E. M.
Assunto:	Barragens de alvenaria Método dos elementos discretos Barragens gravidade Masonry dams Discrete element method Gravity dams
Ano:	2012
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade do Minho
Idioma:	português
Origem:	RepositóriUM - Universidade do Minho

Descrição
Resumo:	Em 1853, J. Sazilly publicou o primeiro documento científico na área da Engenharia de Barragens. Neste artigo, Sazilly propõe um novo método para a definição do perfil de barragens gravidade em alvenaria, com base na análise de tensões. Quase 40 anos depois, em 1895, após o acidente da barragem de Bouzey, M. Lévy publicou um relatório em que descreve o importante efeito da subpressão na estabilidade global das barragens gravidade. Apenas nos anos 1960, R. Clough e E. Wilson desenvolveram as primeiras análises de barragens através do Método dos Elementos Finitos, para tratar de problemas térmicos e sísmicos. Esta introdução histórica descreve o período no qual a maioria das barragens gravidade em alvenaria foi construída. Muitas destas barragens apresentam alguma fragilidade estrutural que reflecte o conhecimento disponível na época em que foram projectadas, para além de outras fragilidades, relacionadas com problemas de deterioração. Hoje em dia, a exploração destas barragens representa um desafio, pois a segurança estrutural deve ser garantida de acordo com os regulamentos modernos. A maioria das aplicações numéricas existentes no mercado, não permitem a modelação realista dos mecanismos de rotura específicos das barragens gravidade em alvenaria, pois foram desenvolvidos para a análise de estruturas correntes. Neste contexto, foi elaborada uma aplicação numérica, através da linguagem de programação C++, com base no método dos elementos discretos (MED), designada por DEC-DAM. A aplicação foi elaborada especificamente para tratar dos problemas relacionados com barragens gravidade, especialmente as barragens gravidade em alvenaria, apesar de a sua utilização também ser válida para as barragens gravidade em betão. A aplicação permite a realização de análises estáticas, dinâmicas e de escoamento, com acoplamento hidromecânico, para além da análise do processo de injecção de calda e do reforço estrutural com ancoragens. Os modelos desenvolvidos através desta aplicação podem ser discretizados em blocos com três ou quatro lados, rígidos ou deformáveis. A associação entre blocos pode ocorrer de forma semelhante a uma malha de elementos finitos ou através do estabelecimento de contactos entre blocos, constituindo um meio descontínuo. Foi desenvolvida uma solução completa para a detecção, actualização e eliminação de contactos ao longo da análise. A solução numérica utilizada corresponde a integração da equação de movimento, através do método das diferenças centrais, em associação as técnicas das massas escaladas e de relaxação dinâmica. A análise dinâmica baseia-se na mesma solução numérica da análise estática, excepto no que se refere à utilização das massas escaladas e da relaxação dinâmica, que é substituída pela aplicação do amortecimento de Rayleigh. Foram elaboradas diversas ferramentas para a aplicação das solicitações dinâmicas e respectivas condições de fronteira. Para a aplicação simultânea das componentes de corte e de compressão foi implementada uma solução designada por free-field. A aplicação permite ainda a realização de análises hidromecânicas. A estrutura de dados, nomeadamente a concepção da malha de escoamento, possibilita a integração do cálculo hidráulico e mecânico. O cálculo hidromecânico foi estendido para tratar das questões relacionadas com a injecção de calda. O modelo desenvolvido permite, numa mesma análise, efectuar o estudo do escoamento de água por uma fissura, a substituição da água pela calda por meio da simulação do processo de injecção e, posteriormente, o endurecimento da calda e a avaliação do seu efeito no comportamento estrutural da barragem. Para além disto, a aplicação admite a aplicação de pregagens e ancoragens que, em conjunto com a injecção de calda, permite avaliar a grande parte das obras de reforço e reparação de barragens. Foram ainda analisadas cinco barragens, das quais três estão localizadas em Portugal, barragem de Guilhofrei, de Lagoa Comprida e da Póvoa, uma na Índia, barragem de Bhandardara, e uma no Canadá. Estes estudos permitem demonstrar mais amplamente as capacidades da aplicação desenvolvida.