Estudo das tensões em fundações de barragens de gravidade de concreto pelo método de elementos finitos

Abstract

As principais etapas de projeto de barragens de gravidade de concreto correspondem às verificações de estabilidade global e de tensões atuantes, em planos potenciais de ruptura (contato concreto-rocha e descontinuidades na fundação). Para isto, adotam-se usualmente métodos analíticos simplificados, os quais assumem distribuições de tensões lineares nos planos potenciais de ruptura. Métodos numéricos, tal como o Método dos Elementos Finitos (MEF), podem representar melhor a real distribuição de tensões, levando a resultados mais precisos. Entretanto, ainda não é prática usual de projeto de barragens de gravidade de concreto. Neste trabalho, investiga-se a distribuição de tensões nos planos potenciais de ruptura de barragens de gravidade de concreto. O MEF é utilizado e os resultados obtidos das análises numéricas são comparados com os resultados de métodos simplificados. Os principais objetivos são avaliar a influência da deformabilidade da fundação nas verificações de tensões e de estabilidade em potenciais de ruptura, bem como definir procedimentos de verificações de tensões e de estabilidade através do MEF. Para investigar a deformabilidade da fundação, são realizados estudos paramétricos variando as propriedades mecânicas da fundação em análises por elementos finitos, assumindo que o concreto e a rocha de fundação têm comportamento elástico-linear. Uma seção transversal hipotética, assim como planos de descontinuidades, são adotados para modelagem por elementos finitos de barragem de gravidade de concreto. A partir das análises paramétricas, obtém-se diagramas de tensões na interface concreto-rocha e nos planos de descontinuidades. Em seguida, é empregado um critério simplificado de propagação de fratura, através da introdução de aberturas localizadas na malha de elementos finitos, passo a passo, até que a configuração de equilíbrio estável seja encontrada. As tensões obtidas pelas análises por elementos finitos são utilizadas para verificações de estabilidade global e local e também para comparações com verificações realizadas através de métodos analíticos simplificados. As comparações fornecem fortes indicativos que análises por métodos refinados são necessárias para verificações de estabilidade mais precisas e podem trazer mais segurança e economia ao projeto de barragens de gravidade de concreto. Sugestões para pesquisas futuras são apresentadas ao final do trabalho.