Análise de estabilidade de barragens gravidade com modelo hidromecânico 3D e modelos de fenda discreta

Abstract

Neste trabalho é feita uma análise de estabilidade de barragens gravidade para cenários de rotura por deslizamento, considerando para esse efeito elementos de junta com modelos constitutivos com enfraquecimento na interface barragem/fundação e no interior do betão. Nas análises realizadas é tida em consideração a interação hidromecânica na realização de modelos tridimensionais das barragens em análise. O estudo desenvolvido nesta dissertação recorre a modelos de barragens gravidade, pelo que foi realizada uma apresentação introdutória aos principais aspetos relativos a este tipo de barragem, nomeadamente o seu funcionamento estrutural e principais causas de rotura. Apresentam-se os princípios fundamentais para a compreensão do comportamento hidromecânico e são apresentados estudos de verificação e validação do modelo hidromecânico, com recurso ao módulo computacional utilizado neste trabalho, Parmac3D-FFlow. Apresentam-se também os modelos constitutivos com enfraquecimento adotados, incluindo uma análise comparativa do desempenho destes modelos em ensaios de tração, ensaios de corte simples e ensaios de corte sob compressão constante. Analisaram-se duas barragens gravidade com alturas diferentes, fundadas em maciços rochosos. Em ambos os modelos tridimensionais considera-se a existência de cortina de impermeabilização e de sistema de drenagem. Realizaram-se estudos de estabilidade da superfície de fundação através do método de redução de resistências e do método de amplificação de carga hidrostática por aumento da cota de água. Nos estudos apresentados teve-se em consideração o comportamento linear e não-linear na fundação rochosa, adotando-se modelos com enfraquecimento no betão e na interface barragem-fundação; analisaram-se também as pressões e os caudais no inicio de cada análise iterativa.

In this paper, stability analysis of gravity dams is carried out for sliding failure scenarios, considering joint finite elements with softening based constitutive models in the dam body and in the dam-foundation contact surfaces. The three-dimensional models developed for the dams under analysis included hydromechanical interaction. The study presented herein uses models of gravity dams, so a preliminary presentation was made concerning the main aspects related to this type of dam, namely its structural functioning and main failure causes. The fundamental principles for understanding the hydro-mechanical behaviour are presented as well as verification and validation studies of the hydro-mechanical model, using the computational module used in this work, Parmac3D-FFlow. Constitutive models with softening are also presented along with comparative studies of the results obtained with such models for tensile tests, simple shear tests and shear tests under constant compression. Two dams with different heights founded on rock masses, were analysed. In both three dimensional models, the existence of a grout curtain and a drainage system was considered. Stability studies of the foundation surface were carried out using the resistance reduction method and the hydrostatic load amplification method by increasing the water level. In the numerical analyses carried out, linear and nonlinear behaviour of the rock foundation and softening models in the concrete and in the dam/foundation interface were considered. The pressure and flow rate distribution in each model at the start of the iterative analysis are also presented.