Modelagem e previsão de deslocamentos em barragens de concreto : aplicação a dados de instrumentação da Usina Hidrelétrica de Itaipu

Abstract

Resumo: Neste trabalho propõe-se uma nova metodologia de previsão para os deslocamentos de um bloco de concreto de uma barragem baseada nas séries históricas dos instrumentos pêndulos direto e invertido instalados no bloco. O método desenvolvido foi aplicado à Barragem de Itaipu. Características dos dados registrados, tais como a autocorrelação, a multicolinearidade e a presença de séries temporais integradas de diferentes ordens foram determinantes para o delineamento da metodologia. A metodologia proposta consiste em ajustar modelos Autorregressivos de Defasagens Distribuídas (ADL) para aplicar a abordagem Bounds Testing e assim modelar os deslocamentos horizontais de um bloco de concreto, validar os modelos, realizar as previsões para um horizonte além do observado e construir intervalos de confiança para essas previsões. Os modelos propostos, que são o Modelo de Correção de Erros (ECM) Irrestrito e o Restrito, serão comparados a modelos estatísticos clássicos, tais como modelos Autorregressivos Integrados Médias Móveis (ARIMA) e modelos de Vetores Autorregressivos (VAR). A comparação foi realizada por meio de medidas de avaliação do erro das previsões fora da amostra e avaliação dos gráficos das previsões. Um dos modelos propostos, o ECM irrestrito, apresentou menores medidas de avaliação de erro e o desempenho foi satisfatório na avaliação dos gráficos das previsões fora da amostra. Para cada sensor do pêndulo, foram construídos intervalos de confiança para as previsões do modelo ECM irrestrito, estabelecendo novos limites para as observações de deslocamentos. A metodologia apresentada possui uma configuração inovadora e assim um novo modelo de previsão é inserido na área de monitoramento de barragens de concreto. Palavras-chave: Monitoramento de Barragens. ADL. Modelo de Correção de Erros. Bounds Testing. Previsão. Deslocamentos.

Abstract: This work proposes a new methodology for forecasting the displacement of a concrete block of a dam based on historical series of direct and inverted pendulum installed in the block. The developed method was applied to the Itaipu Dam. Characteristics of recorded data such as the autocorrelation, multicollinearity and the presence of integrated time series of different orders were decisive for the design of the methodology. The proposed methodology consists of: adjusting Autoregressive Distributed Lag models (ADL) and apply the Bounds Testing approach, and thus, modeling the horizontal displacements of a concrete block, validate the models, make forecasts for a horizon beyond the observed and build confidence intervals for these forecasts. The proposed models, which are the Error Correction Model (ECM) Unrestricted and Restricted, will be compared to classic statistical models such as Autoregressive Integrated Moving Average models (ARIMA) and Autoregressive Vectors (VAR). The comparison was performed by evaluation of measurements error of forecasts out-of-sample and evaluation of the graphs of forecasts. One of the proposed models, the unrestricted ECM, showed lower error evaluation measures and its performance was satisfactory in the evaluation of the graphs of out-of-sample forecasts. For each pendulum sensor, confidence intervals were constructed for the predictions of the ECM unrestricted model, setting new limits for observations of displacement. This methodology has an innovative configuration and thus a new forecasting model is inserted into the monitoring field of concrete dams. Keywords: Monitoring Dams. ADL. Error Correction Model. Bounds Testing. Forecast. Displacements.