Análises tridimensionais de barragens de enrocamento com face de concreto com objetivo de otimizar os critérios de projeto

Abstract

As barragens de enrocamento com face de concreto (BEFC) têm sido construídas com freqüência crescente em todo mundo. Apesar disso, os critérios de projeto são ainda predominantemente empíricos baseados na experiência prática obtida de obras já construídas. A utilização da análise numérica ainda não é uma ferramenta usual para o desenvolvimento e dimensionamento desse tipo de barragem. Visando reduzir o empirismo dos projetos, a presente pesquisa propõe uma metodologia para análise do comportamento de BEFC e dimensionamento estrutural da laje, baseada nos seguintes aspectos: análise numérica tridimensional de todas as fases de projeto da barragem (construção, enchimento e rebaixamento); comportamento conjunto do maciço e face de concreto; elemento de interface para representar o contato entre essas estruturas; simulação separada da laje com elementos de placas sobre base elástica, usando coeficientes de recalque calibrados a partir das análises numéricas para fase de enchimento. Para validação dessa metodologia foi feita uma análise da barragem Barra Grande. Nessas análises, o enrocamento foi modelado com modelo elastoplástico Cam-Clay modificado, a laje com o modelo elástico linear e a interface foi representada por um modelo elástico-perfeitamente plástico com critério de ruptura de Drucker-Prager. Os resultados permitiram observar a influência do processo construtivo, das condições de contorno impostas na interface maciço-ombreira e da mudança de inclinação do talude da ombreira no comportamento da barragem e da laje, resultando em um dimensionamento da laje mais otimizado em termo de taxa de armadura. Portanto, este trabalho apresenta-se como mais um avanço no sentido de propiciar projetos de BEFC mais elaborados, baseados em fundamentos técnicos racionais. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Concrete Face Rockfill Dams (CFRD) have been constructed with increasing frequency all around the world. However, design criteria still are mostly empirical and based on practical experience obtained during the construction of this type of dam. The use of numerical analyses is not yet a usual tool in the development and design of CFRD. Aiming to reduce the design empiricism, this research proposes a methodology to analyze the CFRD behavior and to design the structural concrete face, based on the following aspects: three-dimensional numerical analysis of all design phases (construction, reservoir filling and rapid drawdown); associated analysis of the concrete face and the rockfill dam mass; interface element to represent the contact between these structures; separated analysis of concrete face with plate elements over an elastic bases, using settlement coefficients calibrated from the numerical analysis during reservoir filling phase. The methodology was validated using Barra Grande Dam as a case study. In these analyses, the rockfill was simulated with the Modified Cam- Clay elastoplastic model, the concrete face with a linear elastic model and the interface represented by an elastic-perfectly plastic model with the Drucker-Prager failure criterion. The results highlight the influence of the construction process, imposed boundary conditions on the shoulders interface and the changes in shoulder slope on the whole dam behavior, resulting in an optimized concrete face design regarding the rate of steel reinforcement. Therefore, this research represents a contribution to CFRD design, based on a rational technical framework.