Análise termo-elástica 2D via método dos elementos finitos aplicada a estimativa de falha em barragens de CCR

Abstract

Resumo: O presente trabalho propõe uma metodologia de analise termoelástica linear bidimensional e desacoplada, para estruturas executadas em camadas, focando especialmente nas estruturas de concreto compactado a rolo. Fazendo uso do metodo dos elementos finitos foi implementado um código computacional em linguagem de programacao Python, uma linguagem de programação "open source", com o propósito de viabilizar um código aberto para simulação de barragens executadas em camadas que sirva de base para futuras implementações voltadas ao projeto destas estruturas. O algoritmo desenvolvido e capaz de representar o cronograma de lançamento de camadas, com a variação do Modulo de Young de cada uma delas segundo a idade do concreto que as compõe. De maneira simplificada, apos os campos de temperatura e tensão serem obtidos para todos os passos de uma análise, uma estimativa de falha e aplicada de modo a prover os dados de quando os pontos da estruturam falharam pela primeira vez. O codigo desenvolvido e validado pela comparação de resultados com a versão educacional do software ABAQUSR, através da aplicação de ambos na simulação de estruturas hipotéticas encontradas em trabalhos prévios. Concluindo o trabalho, simulações que representam o processo construtivo da seção parcial do Bloco B-08 da barragem da UHE Gov. José Richa (Salto Caxias) foram feitas. Estas simulações comparam a variação de parâmetros como: condições ambientais, intervalo de tempo entre lançamento de camadas e espessura das camadas, chegando a conclusoes sobre a influencia destes sobre a resposta termomecânica da estrutura, especialmente no tocante a falha.

Abstract: This work proposes a methodology of bi-dimensional linear uncoupled thermalelastic analysis for structures executed in layers, especially focusing on roller compacted concrete structures. Using the finite element method, a computational code was implemented on the open source programming language Python, with the purpose to provide an open code for layered dams simulations, serving as a basis for future implementations towards the design improvement of these structures. The algorithm is able to represent the concrete layers placement schedule with the variation of the Young Modulus of each layer according to the age of the concrete. In a simplified manner, after the temperature and stress fields results are obtained for all analysis steps, a failure assessment is applied providing data about when the points of the structures failed for the first time. The developed code is compared with the educational version of the commercial software ABAQUSR, through the application of both in the simulation of hypothetical structures found in previous works. Concluding the work, simulations representing the construction process of the partial section of Salto Caxias B-08 block where made. These simulations compared the variation of some parameters like environmental conditions, time interval between layers placement and layers thickness, reaching some conclusions about influence of these ones over the thermomechanical response of the structure specially about failure.