Uma abordagem numérico-experimental para análise de dano em lajes de barragens de enrocamento com face de concreto

Abstract

Resumo: As barragens de enrocamento com face de concreto (BEFC) são constituídas por um corpo principal, composto por blocos de rochas justapostos em camadas compactadas e por uma laje de vedação na face de montante. Principalmente na fase de enchimento do reservatório, as deformações induzidas devido aos esforços de pressão hidrostática provocam movimentos diferenciais no enrocamento, que podem contribuir para a formação de trincas e abertura das juntas das lajes de concreto, produzindo novas configurações de tensões e estabilidade. Nesse contexto, este trabalho analisa o dano em estruturas de concreto armado apoiadas em base elástica e aplica o modelo em laje de concreto da face de barragem de enrocamento. A metodologia aplicada envolve os conceitos da Mecânica do Dano Contínuo e leva em consideração o comportamento não-linear do concreto, utilizando programação matemática em linguagem Fortran. A solução do problema é determinada através do Método dos Elementos Finitos (MEF). Também se analisa neste trabalho a viabilidade da implementação de um sistema de monitoramento de infiltração, através de ensaios experimentais a partir de leituras de diferentes temperaturas medidas em cabos óticos instalados em uma estrutura. Os testes experimentais foram realizados no LAME (LACTEC - UFPR) e na Universidade de Innsbruck - Aústria. Os resultados experimentais foram confrontados com os numéricos mostrando um estudo da relação entre dano e permeabilidade do concreto. Após a validação de um sistema de monitoramento de infiltração por fibras óticas, sugere-se sua instalação em áreas de maior danificação da estrutura, onde há maior concentração de fissuras.

Abstract: Concrete Face Rockfill Dams (CFRD) are constituted by a rock mass compacted in layers, which is the main body of the structure and a concrete slab on the upstream face, which function is to stanch the massive. Although the contribution of the slab in terms of resistance to contain the reservoir is small, it is subject to displacements and the formation of cracks due to the efforts of hydrostatic pressure, especially when filling the reservoir, causing differential movement in the riprap, producing new configurations of tension and stability. In this context, this work analyzes the damage in reinforced concrete structures supported by elastic base, and aplly the model in concrete slab of rockfill dam. The methodology involves the concepts of Continuum Damage Mechanics and takes into account the nonlinear behavior of concrete, using mathematical programming in Fortran language. The solution of the problem is based on the Finite Element Method (FEM). The feasibility of implementing an infiltration monitoring system is also analyzed by means of experimental tests, from reading the measured temperatures in different optical cables installed on a structure. Experimental tests were performed on LAME (LACTEC - UFPR) and the University of Innsbruck - Austria. The experimental results were compared with the numerical results showing a study of the relationship between damage and permeability of concrete. After validation of an infiltration monitoring system by optical fibers, it is suggested installation in areas of greatest damage to the structure, where there is greater concentration of cracks.