Projeto de estruturas de barragens de gravidade de concreto por meio de métodos computacionais: visão geral e metodologia

Abstract

O emprego de modelagem computacional por meio do Método dos Elementos Finitos (MEF) se faz necessário no projeto de barragens de gravidade de concreto, quando se deseja considerar a deformabilidade da fundação e as subpressões por meio de critérios mais aprofundados, e/ou quando na existência de planos de descontinuidades em fundações de barragens, dentre outros. No entanto, as verificações de estabilidade global de barragens de gravidade de concreto por meio de modelagem computacional pelo MEF ainda suscita dúvidas e discussões. As pesquisas relacionadas ao assunto são de diferentes enfoques e áreas de conhecimento e muitas vezes não geram de imediato contribuições para o projeto de BGC por não abordarem a visão geral do problema. Este trabalho tem como objetivo apresentar uma visão geral do problema de projeto de BGC e discutir metodologias para a análise computacional dessa estrutura. A visão geral do problema é feita a partir de um levantamento do "estado da arte" de projeto de BGC, incluindo alguns aspectos que são importantes e não são abordados nas referências pesquisadas. Em seguida, a visão geral do problema é utilizada para a discussão de metodologias de projeto de BGC por meio de programas computacionais. Em suma, mostra-se que as metodologias para a modelagem computacional de BGC e respectivos casos de carregamentos, com enfoque de projeto, envolvem uma previsão de fenômenos nos modelos numéricos muito maior do que a modelagem computacional segundo as publicações do Comitê Ad Hoc Sobre Aspectos Computacionais de Análise e Projeto de Barragens - CIGB/ICOLD. Apesar de não desenvolver e aplicar todas as teorias abordadas, este trabalho traz contribuições importantes para o projeto de barragens de gravidade de concreto, como a sistematização da validação e justificação dos modelos para projeto e a identificação dos aspectos que ainda precisam de maiores estudos para serem aplicados em projeto e pesquisa, entre outros.

Computational modeling by means of the Finite Element Method (FEM) is required in the design of concrete gravity dams (CGDs) when, for example, the deformability of the foundation and the uplift pressure are considered by means of more refined criteria and/or there are discontinuity planes in the dam foundations. However, the verification of the global stability of CGDs by means of computational modeling by FEM still raises doubts and discussions. Studies related to this subject have adopted different approaches and areas of knowledge and often do not generate immediate contributions to the design of CGDs since they do not consider an overview of the problem. The aim of this thesis is to present an overview of the problem of CGD design and discuss the methodologies available for structural computational analysis. A general overview of the problem is gained from a survey of the state of the art of CGD design, including some aspects that are important but have not been dealt with in the relevant publications. This overview of the problem is then used as a basis for the discussion of the methodologies available for CGD design by means of computational methods. In summary, it is demonstrated that the methodologies applied in the computational modeling of CGDs and the respective cases of loading, focusing the design aspects, involve predictions of the numerical modeling phenomena which are much greater than those of the computational modeling carried out according to the publications of the Ad Hoc Committee on Computational Aspects of Analysis and Design of Dams - ICOLD. Although all of the theories approached are not developed and applied, this study provides important contributions to the design of CGDs, including the systematization of the validation of models for design and the justification of their application, as well as the identification of the aspects that still require further study in order to be successfully applied in design and research, among others.