61ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 3. Engenharia Civil

ESTUDO PRELIMINAR DE PROCESSOS APROXIMADOS DE ANÁLISE SÍSMICA EM BARRAGENS DE CONCRETO GRAVIDADE

Hélio Nogueira dos Santos 1 Lineu José Pedroso 2 Paulo Marcelo Vieira Ribeiro 3

1. Aluno de Graduação, UnB/FT/ENC 2. Prof. Doutor, UnB/FT/ENC - Orientador 3. Aluno de Doutorado, UnB/FT/ENC - Co-orientador

INTRODUÇÃO:

As barragens são estruturas de grande porte e alta complexidade que têm importância relevante para o país. A grande quantidade de água armazenada em uma barragem torna catastrófico o cenário de uma eventual ruptura. Projeto, cálculo e execução rigorosos são necessários para a concepção deste tipo de estrutura, dado que qualquer falha, total ou parcial, pode gerar grandes prejuízos. Estudos sismológicos desde a década de 70 mostram que as atividades sísmicas em nosso país estão em constante manifestação. Sismos de moderada magnitude vêm ocorrendo em várias regiões do país, de forma natural, ou induzida pelo enchimento de reservatórios. O presente trabalho apresenta os resultados de análises estáticas e pseudo-estáticas feitas por um método analítico aproximado, conhecido como Método da Gravidade (USBR), dos esforços, tensões e da estabilidade de um perfil típico de uma barragem de concreto gravidade. O Método Pseudo-Estático será utilizado na análise sísmica, com o objetivo de verificar a alteração na distribuição de tensões na barragem e dos indicadores de performance devido a ação de um terremoto.

METODOLOGIA:

Este trabalho baseia-se no levantamento bibliográfico dos temas correlatos, nos trabalhos desenvolvidos pelo Grupo de Dinâmica e Fluido-Estrutura da UnB e no uso de softwares específicos para análise de esforços e tensões. O cálculo dos esforços, tensões e estabilidade de um perfil típico de barragem será feito por uma formulação analítica aproximada (Método da Gravidade para análise estática e Método Pseudo-Estático para análise sísmica) e posteriormente confrontado com os resultados obtidos pelos programas CADAM e ANSYS. O programa CADAM, contém rotinas baseadas no Método da Gravidade, enquanto que a ferramenta computacional ANSYS utiliza do Método dos Elementos Finitos. A comparação dos resultados entre os dois programas irá permitir a validação do método analítico simplificado. Para a análise estática são considerados: os esforços devido ao peso próprio e à força hidrostática em diferentes seções. Para a análise sísmica pseudo-estática são considerados: a força hidrodinâmica (massa adicional) do reservatório e as forças de inércia da estrutura. Em seguida, é realizada uma combinação das forças usuais (peso próprio e força hidrostática) com as forças provocadas pelo sismo (forças hidrodinâmicas e forças de inércia), para uma posterior análise de tensões e estabilidade.

RESULTADOS:

Observa-se, comparando os resultados obtidos analiticamente e por meio do programa CADAM, a validade do Método da Gravidade em relação ao Método dos Elementos Finitos para determinadas seções de cálculo. Algumas seções, porém, apresentaram divergências significativas de resultados. Tal efeito explica-se pelo fato de que em determinadas elevações a Teoria de Vigas não é mais válida, ou seja, as seções planas não permanecem planas, e esta é uma hipótese básica da formulação analítica. A análise dos resultados indica uma alteração na distribuição de tensões na barragem devido à ação do sismo. Os resultados são mais nítidos nos paramentos de montante e jusante, com efeitos alternados entre compressão e tração dependendo da orientação do sismo (montante ou jusante). Estes resultados demonstram a importância de uma análise sísmica para este tipo de estrutura.

CONCLUSÃO:

O Método da Gravidade mostrou-se um excelente procedimento para o cálculo preliminar de tensões em barragens de concreto gravidade. Seus resultados se aproximam bastante de soluções obtidas por métodos mais refinados, em seções onde a Teoria de Vigas ainda permanece válida. Mas, para quase a totalidade da barragem, as tensões obtidas com esse método ainda apresentam resultados satisfatórios. O caráter simplificado e rotineiro deste procedimento evidencia que esta é uma ferramenta valiosa para a análise preliminar de barragens de concreto gravidade, podendo ser empregada no projeto de estruturas com geometrias simples, eliminando a necessidade de programas sofisticados para o cálculo de tensões ao longo do maciço. A aplicação dos efeitos sísmicos via Método Pseudo-Estático também revelou que este procedimento é útil para uma análise sísmica preliminar, onde a barragem pode ser considerada um corpo rígido, desprezando-se os efeitos de flexibilidade da estrutura. Os resultados indicam que os efeitos sísmicos não são desprezíveis. Entretanto, é importante salientar que pesquisas utilizando métodos mais refinados indicam que estas ações podem ser ainda mais significativas, contribuindo para um acréscimo/decréscimo de tensões importante para o projeto estrutural.

Instituição de Fomento: CNPq

Palavras-chave: Barragem, Análise Sísmica, Método da Gravidade.