Análise de confiabilidade estrutural aplicada às barragens de concreto

Abstract

Resumo: A construção de barragens é um exemplo ímpar da obrigatoriedade da consideração dos aspectos de incerteza e risco para a obtenção de uma estrutura com desempenho e segurança adequados. O Brasil possui um grande número de barragens construídas e projetos em andamento, e os critérios de projeto são permanentemente questionados e revisados em fóruns diversos. A confiabilidade estrutural é um assunto relativamente recente e existem poucos trabalhos publicados com aplicações em barragens de concreto à gravidade. O objetivo principal do presente estudo é desenvolver uma metodologia para a análise de confiabilidade estrutural de barragens de concreto, e compará-la com os procedimentos determinísticos normalmente utilizados nas análises de estabilidade, bem como elaborar programas computacionais genéricos em linguagem FORTRAN, para o cálculo da probabilidade de falha, ponto de projeto, etc., em situações semelhantes de barragens de concreto à gravidade. Foram desenvolvidas equações de estado limite para os vários modos de falha analisados em barragens de concreto à gravidade: flutuação, tombamento, deslizamento e tensões normais. Foram implementados algoritmos computacionais para aplicação dos métodos de confiabilidade de primeira ordem FOSM e AFOSM e para o método de segunda ordem SORM. Para fins de comparação de resultados, também foram realizadas simulações pelo método Monte Carlo. O procedimento desenvolvido foi testado e validado a partir de dados do concreto compactado com rolo (CCR) obtidos durante a construção e de levantamentos recentes, na barragem de Salto Caxias, situada no Rio Iguaçu, Estado do Paraná. Neste volume, são apresentadas as principais formulações teóricas da análise de confiabilidade estrutural, a aplicação desses métodos à barragem de Salto Caxias e a comparação dos resultados dos vários modelos probabilísticos com a análise determinística convencional.

Abstract: Dam construction is a civil engineering field where the importance of the consideration of uncertainty and risk concepts is crucial for the attainment of a structure with adequate performance and safety during its lifetime. Brazil has a considerable number of constructed dams and projects in progress, and the design criteria are permanently questioned and revised in diverse forums. Structural reliability is a relatively recent research topic and there are few published works applied to concrete gravity dams. The main objective of the present study is to develop a methodology for the analysis of structural reliability of concrete gravity dams, and compare it to the deterministic procedures normally used in the structural stability analyses of gravity dams, as well as to implement generic software in the FORTRAN language for the computation of the probability of failure, design point and so on, in analogous situations in concrete dams. Limit state functions had been developed for the most common failure modes in gravity dams: fluctuation, rotation, slipping and by normal tension. Computational algorithms were developed for the application of first order FOSM method and AFOSM reliability procedures and for the second order SORM method. For the purpose of comparison of results, simulations had been also carried through Monte Carlo method. The developed procedures were tested and validated with roller-compacted concrete (RCC) data obtained during the construction phase and in recent surveys, in the Salto Caxias dam, situated in the Iguaçu River, State of Paraná. In this report, the main theoretical formulations of the structural reliability analysis are discussed, and the main advantages and disadvantages of the above methods are also presented.