Modelagem e análise de
barragens de concreto.
Desenvolvimentos recentes.
Carlos Pina
Presidente do LNEC
DAM WORLD CONFERENCE
IBRACON 2012 - 54° Congresso Brasileiro do Concreto
Maceió, 9 de outubro de 2012
Modelagem e análise de barragens de concreto. Desenvolvimentos recentes. DAM WORLD CONFERENCE, Maceió, 9 de outubro de 2012
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Estrutura real
Modelo
conceptual
Modelo
matemático
Modelo
físico
Modelo
computacional
Modelo
reduzido
via analítica via experimental
discretização construção
abstração
Resultados
cálculo
deformaçãotensãorelaçõesf
idadecompatibildecondiçõesuu
equilíbrioSemfn
Vemf
klij
S
iSi
f
S
ijij
B
ijij
u
u
f
)(
0,
Relações de semelhança
• Semelhança de Froude
• Semelhança de Cauchy
Resultados
ensaio
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Exemplos de barragens estudadas no LNEC
Salto do Funil, Brasil, 73 m Cambambe, Angola, 88 m
Aldeadávila, Espanha, 140 m Cahora Bassa, Moçambique, 170 m
Modelação física
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Modelação matemática
Peças lineares
“Trial Load” – grelha de arcos e consolas
Método dos elementos finitos (FEM)
Método dos elementos de fronteira (BEM)
Método das diferenças finitas (FDM)
Método dos elementos discretos (DEM)
Métodos sem malha (Meshless methods)
Método das partículas (DPM e PFEM)
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Fase de projeto
Estudos de apoio ao projeto
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Ensaios de fraturação
hidráulica
5 10 15 20
469
469.5
470
470.5
471
471.5
472
472.5
473
473.5
474
5 10 15 20
469
469.5
470
470.5
471
471.5
472
472.5
473
473.5
474
Cenários correntes
Caraterização do estado de tensão regional a partir de
resultados de diferentes métodos de ensaios mecânicos
Modelo regional para retroanálise
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Cenários correntes
Tensões no betão
Verificação da segurança pelo
critério de Mohr-Coulomb
(ft = 2MPa fc = 20 MPa)
iR = 100 Rotura local
40 < iR < 100 Não verifica NPB
iR < 40 verifica NPB
Paramento de montante
Paramento de jusante
Estudo da segurança relativamente à possibilidade de
roturas no betão devidos à sobreposição dos efeitos
do peso próprio, da pressão hidrostática, da
temperatura e do SBP
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Cenários de rotura
Zonas danificadas na situação final de colapso S = 10,9
Dano à compressão Dano à tracção
Análise do comportamento até à rotura para o cenário de
deterioração do betão com base em leis constitutivas de dano
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Cenários de rotura
Análise da estabilidade de
fundações de barragens abóbada
rede de drenagem
cortina de impermeabilização
Cortina de impermeabilização
Rede de drenagem
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Cenários de rotura
Análise do comportamento até à rotura para o cenário de
rotura pela fundação
N75°E;86°SE
N12°W;88°NE
N24°E;30°SE
N32°E;88°NW
superfície de
fundação
superfície vertical na
linha de montante da
inserção
falha Beixo da barragem N35°E
Direcção da recta de
maior declive da
encosta direita
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Plano da Falha 22
Modelo Físico
Modelo Matemático
Rotura da barragem para um cenário
de deslizamento ao longo da fundação
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Montante Jusante
MÉTODO DAS PARTÍCULAS (DEM) Fendilhação dos contactos junto aos paramentos
Ensaio experimental
Cenários de rotura
Análise do comportamento até à rotura de uma barragem
abóbada devido a movimentos diferenciais na fundação
N= ¾
T
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Cenários de rotura
Análise do comportamento dinâmico para o Sismo Máximo de
Projeto
Tensões máximas nas consolas
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1,025 m
Tri-axial
seismic table
Rigid base
Foundation
Reservoir
Dam
Cenários de rotura
Análise do comportamento sísmico utilizando um modelo físico
à escala 1/40
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Modelo Físico Modelo Matemático
Excitação(acelerograma)
3DEC (Version 4.00)
dip= 20.00 abovedd = 0.00center 0.000E+00 -1.632E+00 1.438E+00cut-pl. 0.000E+00mag = 2.00 cycle 607
5-Mar-07 12:24
LNEC - DB
Rotura da barragem devida à
ocorrência de um sismo
As primeiras fendas
ocorreram para uma
amplificação de 2 do
acelerograma base
(0,4g).
Cenários de rotura
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Fase de construção
Caracterização dos materiais
Controlo da fendilhação
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Cálculo
termo-químico
Cálculo
mecânico
Cálculo termo-químico-mecânico
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FLAC3D 3.00
Itasca Consulting Group, Inc.Minneapolis, MN USA
Settings: Model Perspective12:03:28 Wed Sep 19 2012
Center: X: -1.641e+001 Y: -3.685e+001 Z: 1.534e+002
Rotation: X: 21.422 Y: 359.701 Z: 19.274
Dist: 9.897e+002 Mag.: 4.66Ang.: 22.500
Job Title: Salomonde II
View Title:
Surface Magfac = 0.000e+000
Túnel de
ataque à
abóbada da
central
Túnel de
acesso à
central
Caverna da central para
o reforço de potência de
Salamonde
Vista do interior
durante a escavação
do túnel de acesso Modelo global
Identificação do módulo de elasticidade e estado de tensão
com base nos valores observados durante a escavação
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Fase de exploração
Avaliação das condições de segurança
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FIO DE PRUMO 1
220
240
260
280
300
320
340
-2 0 2 4 6 8
deslocamento radial (mm)
cota
(m
) Bloco 5-6 (FEM)
Bloco 5-6 (IQ)
FIO DE PRUMO 3
220
240
260
280
300
320
340
-2 0 2 4 6 8 10 12 14
deslocamento radial (mm)
cota
(m
) Bloco 11-12 (IQ)
Bloco 11-12 (FEM)
FIO DE PRUMO 4
220
240
260
280
300
320
340
-2 0 2 4 6 8 10 12
deslocamento radial (mm)
cota
(m
) Bloco 14-15 (IQ)
Bloco 14-15 (FEM)
FIO DE PRUMO 2
220
240
260
280
300
320
340
-2 0 2 4 6 8 10 12
deslocamento radial (mm)
cota
(m
) Bloco 8-9 (IQ)
Bloco 8-9 (FEM)
(m)
FIO DE PRUMO 5
220
240
260
280
300
320
340
-2 0 2 4 6 8
deslocamento radial (mm)
cota
(m
) Bloco 17-18 (FEM)
Bloco 17-18 (IQ)
Interpretação do
comportamento
observado
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Observado
20
10
0
-10
DESLOCAMENTOS RADIAIS - FIO DE PRUMO CENTRAL À COTA 606.50 m50
40
30
550
(mm)
590
570
580
560
NÍVEL DA ÁGUA NA ALBUFEIRA
620
610
630
600
(m)
Calculado
Deslocamentos radiais
Barragem da Chicamba
(Moçambique)
Interpretação e previsão do
comportamento
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A C D E G H NJ K LMIFBRB LB
Geodetic target points
BC651 CD651 DE651 EF651 FG651
BC636 CD636 DE636 FG636 GH636
BC616 BC616 BC616
DESLOCAMENTOS
TANGENCIAIS
DESLOCAMENTOS
RADIAIS
NÍVEL DA ÁGUA
ano
Mo
nta
nte
Calculado
Observado
(Geodesia)
Barragem de Santa Luzia
(Portugal) Interpretação e previsão do
comportamento
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580
600
660
(m)
1950 year
1942 1960 1970 1980 1990 2000 2004
620
640
26
NÍVEL DA ÁGUA
compressão
tração
1947-02-16
Nível da água
644,90 m
2003-12-16
Nível da água
648,60 m
0 10 MPa
fenda
Interpretação e previsão do
comportamento
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