Análise de Confiabilidade Estrutural do Vertedouro de uma Barragem de Gravidade de Concreto

Abstract

As barragens são estruturas hidráulicas que possuem muitas funcionalidades e objetivos, cuja função de maior relevância é a geração de energia. As barragens de concreto compactado a rolo do tipo gravidade são amplamente utilizadas para esse fim, sobretudo no Brasil. Essas estruturas são sujeitas a elevados níveis de incertezas, e os métodos normalmente utilizados para verificar a estabilidade global são baseados em métodos semiprobabilísticos, que não consideram diretamente o efeito das incertezas na segurança da estrutura. A análise da confiabilidade estrutural permite quantificar a segurança destas estruturas considerando essas incertezas. O objetivo desse trabalho é analisar a confiabilidade estrutural de uma barragem de concreto e determinando as probabilidades de falha da estrutura com base nos modos de falha: deslizamento, flutuação e tombamento. Para realização desse estudo, primeiramente foi realizada uma revisão de literatura que, apresenta conceitos fundamentais para a formulação do problema e define os parâmetros para realizar as análises de confiabilidade. Foi realizada a escolha da barragem, e o Método de Monte Carlo Simples foi utilizado para realizar as análises. De modo geral, o vertedouro apresentou bons resultados na análise da confiabilidade estrutural. Dentre os três modos de falha avaliados, o deslizamento apresentou valores contrastantes em comparação aos demais modos de falha, sendo a condição de carregamento CCE2 que apresentou maior probabilidade de falha. Os modos de falha de tombamento e flutuação apresentaram probabilidades de falha consideravelmente menores. Em conclusão, ainda há a necessidade de pesquisas mais aprofundadas que abordem de maneira minuciosa o modo de falha de deslizamento em barragens, para definir a aceitabilidade das mesmas. Ressalta-se que o estudo se limitou aos modos de falha de perda de equilíbrio global do vertedouro, não sendo possível inferir diretamente sobre a segurança acerca da barragem como um todo, para isso, seria necessário abranger as análises de tensões e deformações para todos os elementos estruturais e fundações.

Dams are hydraulic structures that have many functionalities and objectives, whose most relevant function is the generation of energy. Gravity roller-compacted concrete dams are widely used for this purpose, especially in Brazil. These structures are subject to high levels of uncertainties, and the methods normally used to verify global stability are based on semi-probabilistic methods, which do not directly consider the effect of uncertainties on the safety of the structure. The structural reliability analysis allows quantifying the safety of these structures considering these uncertainties. The objective of this work is to analyze the structural reliability of a concrete dam and determining the probabilities of failure of the structure based on the failure modes: sliding, floating and overturning. To carry out this study, a literature review was first carried out, which presents fundamental concepts for the formulation of the problem and defines the parameters to perform the reliability analysis. The dam was chosen, and the Simple Monte Carlo Method was used to perform the analysis. In general, the spillway presented good results in the structural reliability analysis. Among the three failure modes evaluated, sliding presented contrasting values compared to the other failure modes, with the CCE2 loading condition presenting the highest probability of failure. The tipping and floating failure modes presented considerably lower failure probabilities. In conclusion, there is still a need for further research that thoroughly addresses the sliding failure mode in dams, to define their acceptability. It should be noted that the study was limited to the failure modes of global loss of balance of the spillway, and it is not possible to infer directly about the safety of the dam as a whole, for this, it would be necessary to cover the stress and strain analysis for all structural elements and foundations.