The aim of this work is to study the effects on the behavior of an earthen rock dam caused by the changes in the mechanical properties of the materials due to the climate during construction and during initial impoundment. This behavior is closely related to the water content of the rock fill and therefore climate must be taken into account in the behavioral analysis.
Introdução
Introdução e Objectivos
A segunda situação considerada é um caso hipotético em que se assume que a barragem é construída logo após a construção da ensecadeira. Estudos adicionais estão sendo realizados para compreender a contribuição de considerar a percolação de água no solo de fundação da barragem durante a construção e enchimento, bem como a influência de considerar a anisotropia de permeabilidade em solo compactado.
Estrutura do Trabalho
Fundamentos Teóricos
- Barragens de Terra-Enrocamento
- Diferenças Fundamentais entre os materiais do núcleo e dos maciços
- Modelo Constitutivo para materiais argilosos compactados
- Modelo Constitutivo para materiais tipo enrocamento
Desta forma é possível obter uma formulação matemática para o comportamento volumétrico destes solos, levando em consideração a possibilidade de aumento (bolhas) ou diminuição (colapso) de volume ao molhar, dependendo da tensão presente. 11 A Figura 2.4 ilustra qualitativamente, nos planos e , a resposta de um solo não saturado ao molhamento para dois estados de tensão isotrópica diferentes.
Casos Estudados
Introdução
Escolha da Barragem a modelar
Apresentam-se a seguir as curvas granulométricas do material argiloso do núcleo da Barragem de Odelouca (Caldeira & Brito, 2006) e do enrocamento da Barragem do Beliche (Naylor et al., 1987), que são as que se reconhecem serem adoptadas. é. na construção da barragem estudada. Os valores dos limites de Atterberg e a classificação segundo a Classificação Unificada de Solos para núcleo argiloso encontram-se na Tabela 3.1 e Figura 3.3. A curva de compactação da argila do núcleo da barragem em estudo é apresentada na Figura 3.4.
Os valores de permeabilidade do material argiloso compactado foram retirados de estudo realizado por (Reis, 2010), enquanto a permeabilidade da massa foi obtida em (Alonso et al., 2005) referente a uma barragem de dupla camada. O principal objetivo deste trabalho é analisar o comportamento da barragem em relação às influências climáticas e à fluência de materiais em uma barragem de aterro de terra. No primeiro (Caso A), repete-se a sequência de construção, à semelhança da Barragem de Odelouca, no Algarve, onde após a construção da ensecadeira as obras são suspensas por 4 anos, resultando num longo período de espera e exposição das ensecadeiras a vários ciclos atmosféricos.
O caso B consiste em reproduzir a construção da barragem em condições ideais, ou seja, sem qualquer interrupção no processo de construção, e também no seu enchimento. Para esta análise, o modelo do Estudo 1 – Caso B é comparado ao mesmo modelo mas com subsolo impermeável. Foi realizado comparando o Estudo 1 – Caso B com um modelo idêntico com materiais com permeabilidade isotrópica.
Programa CODE_BRIGHT
Introdução
Equações Constitutivas
A densidade da água na forma gasosa é calculada a partir da lei psicométrica, que relaciona a sucção com a umidade relativa:
Equações de Conservação de Massa
O primeiro e segundo termos da equação (4.12) representam a variação da massa de água nas fases líquida e gasosa, respectivamente, enquanto o terceiro e quarto termos representam o fluxo de água nas fases líquida e gasosa, calculado pela lei de Darcy. Análoga à conservação da massa de água, a conservação da massa de ar é dada pela equação (4.13). 35 Os fluxos mássicos de ar dissolvido em água e gás, respetivamente, são calculados utilizando a lei de Fick, referida no ponto 4.2.
Os fluxos de calor transferidos na massa de líquido ou gás são calculados de acordo com a lei de Fourier mencionada no ponto 4.2. O fator, análogo à conservação da massa de ar, introduz todas as condições de contorno impostas na equação.
Descrição e Calibração do Modelo
- Secção Transversal e Condições de Fronteira
- Acções
- Peso Próprio
- Clima
- Enchimento
- Calibração dos Modelos Constitutivos dos Materiais
- Parte Mecânica
- Parte Hidráulica
- Variáveis Iniciais
Todas as investigações assumiram que a base do local de fundação 2 está embutida e que os limites laterais dos dois locais de fundação não podem mover-se horizontalmente, conforme mostrado na Figura 5.3. As condições de contorno hidráulicas referem-se à descarga e ao enchimento e são, portanto, descritas na secção 5.2.3. O peso próprio atuante no modelo reflete o peso do solo que compõe a barragem, que evolui durante o processo de construção.
Assim, o clima foi incluído no modelo numérico em todas as suas etapas com sua discretização mensal. O gráfico da figura 5.4 mostra os dados climáticos médios mensais para a estação meteorológica em questão entre 2003 e 2009. Foi então necessário introduzir todos os dados climáticos em cada intervalo de tempo (1 mês) no modelo como condições de contorno hidráulicas.
Para tanto, foi inserido em um modelo um material para simular a água encontrada na Figura 5.5, cujo peso depende da pressão do fluido. As deformações elásticas volumétricas, , foram calculadas utilizando a expressão (5.6), em função do índice de vazios inicial, e0, variação da tensão, p, variação da tensão efetiva, p', e variação da sucção, s. Para incluir as características de permeabilidade no modelo, foi necessário converter os coeficientes de permeabilidade (m/s) descritos no capítulo 3 para permeabilidade interna (m2) utilizando a expressão (5.10).
Análise de Resultados
Introdução
Comportamento da barragem Sem clima (Estudo 0)
- Introdução
- Análise de Tensões Totais
- Rede de Escoamento
Para validar o modelo é importante verificar se as tensões totais estão corretamente distribuídas, tendo em conta as diferenças de rigidez dos materiais do núcleo e da fundação. Para tanto, utilizou-se o perfil horizontal apresentado na figura 6.5 para analisar a evolução das tensões verticais durante a construção e após o enchimento. A comparação entre os movimentos das tensões verticais e horizontais totais permite confirmar que os seus valores estão relacionados entre si.
53 Pode-se concluir que analisando a figura 6.6 existe uma distribuição das tensões verticais totais de acordo com os diferentes valores de rigidez, o que resulta numa “suspensão” do núcleo nas massas laterais muito mais rígidas. As tensões totais no final do aterro sofrem uma pequena queda a jusante, situação que pode ser resultado da assimetria de geometria e rigidez apresentada pela barragem. Esperava-se, portanto, que as tensões horizontais acompanhassem a evolução das tensões verticais, o que se verifica porque o progresso dos diagramas é semelhante (Figura 6.6 e Figura 6.7).
Como resultado da construção da ensecadeira e desvio do rio, assumiu-se que o lençol freático estava localizado abaixo do solo de fundação antes do enchimento, conforme indicado na Figura 6.8. A Figura 6.8 representa a evolução do nível da água (correspondente à altura piezométrica) durante as etapas de enchimento. Como pode ser visto na Figura 6.10, o caminho preferencial de percolação contorna o núcleo, pois possui permeabilidade reduzida.
Efeitos do clima no comportamento global (Estudo 1)
- Análise da Barragem durante a Construção
- Análise da Barragem durante o Enchimento
A Figura 6.14 apresenta os gráficos referentes ao caso A, que inclui o tempo de exposição da barragem (meses entre a construção da última camada da barragem (camada 5) e da primeira camada da barragem (camada 6)). Os vetores dos módulos de cisalhamento durante a construção da última camada são mostrados na Figura 6.25. A Figura 6.27 mostra os deslocamentos horizontais calculados ao longo do perfil vertical I localizado no núcleo da ensecadeira.
A Figura 6.28 apresenta os deslocamentos verticais calculados no perfil II no final da construção. A Figura 6.29 apresenta os deslocamentos horizontais do perfil III, localizado no núcleo da barragem, calculados ao final da construção. Os deslocamentos horizontais do perfil IV, localizado no maciço a jusante, calculados no final da construção, são apresentados na Figura 6.30.
Os deslocamentos verticais calculados via modelo, ao final do enchimento para os perfis I e II, localizados no núcleo da ensecadeira, são apresentados na Figura 6.31. Os deslocamentos verticais calculados nos perfis III e IV, localizados no núcleo da barragem e no maciço a jusante, são apresentados na Figura 6.32. PERFIL Caso A Caso B Direção |Diferença (m)| %. a) Perfil de deslocamento horizontal I (b) Perfil de deslocamento horizontal II Figura 6.35 – Deslocamentos horizontais calculados no final do enchimento.
Outros estudos complementares
Ao analisar a Figura 6.37, nota-se que os pontos 1, 3 e 4 apresentam poropressões quase idênticas, o que leva a concluir que, devido à permeabilidade da fundação e à ausência de estanqueidade na fundação do núcleo da ensecadeira, existe será de uma vazão na fundação que provoca a saturação do sólido onde está localizado o ponto 3. A Figura 6.38 permite-nos concluir que como a fundação é impermeável, apenas na situação em que o nível da água no reservatório ultrapassa a altura da ensecadeira haverá um aumento de pressão nos pontos 3 e 4. Para uma melhor compreensão do problema é resolvido, ver Figura 6.39 mostra que o maciço a jusante da ensecadeira só sofre saturação se o nível do lençol freático for superior a 36,5 m, enquanto que se os solos de fundação forem permeáveis (Estudo 1 – Caso B) esta área quase imediatamente após o nível da água é quase saturado. início do enchimento porque ocorre infiltração pela fundação (Figura 6.8).
Os valores referentes aos recalques calculados pelo modelo do perfil III podem ser observados através dos gráficos da Figura 6.40. A Figura 6.42 ilustra a variação dos deslocamentos horizontais em altura para situações de permeabilidade e impermeabilidade de fundações. Neste caso também foram determinados os deslocamentos causados apenas pelo preenchimento. a) Deslocamento horizontal na extremidade da estrutura.
A Figura 6.43 mostra graficamente a evolução das pressões dos fluidos durante o enchimento do reservatório, para a situação do Estudo 1 – Caso B, onde a permeabilidade é anisotrópica e para o cenário hipotético onde a permeabilidade é isotrópica. Os resultados obtidos para o material com permeabilidade anisotrópica e isotrópica, após o enchimento da ensecadeira, são apresentados na Figura 6.45. a) Perfil de deslocamento vertical II extremidade da estrutura. Pela leitura dos gráficos da Figura 6.46 e da Tabela 6.8, pode-se concluir que, tendo em conta a permeabilidade anisotrópica, foram obtidas diferenças nos recalques máximos superiores de 5,8% no perfil II e 2,9% no perfil III.
Conclusões e Desenvolvimentos futuros
O estudo principal (Estudo 1) limitou-se à análise das alterações durante o processo de construção no comportamento da barragem. No Caso A, repetiu-se um processo de construção semelhante ao da Barragem de Odelouca, incluindo um intervalo de aproximadamente 4 anos entre o final da construção da eclusa e o início da construção da barragem principal, no qual foram tidos em conta os ciclos atmosféricos. Para compreender as alterações no comportamento da barragem foi realizado o caso B, no qual se reproduz o processo normal de construção de barragens deste tipo, onde a barragem é construída imediatamente após a conclusão da construção da eclusa.
No caso A, este valor não é evidente, pois a baixa permeabilidade dos materiais não permite o estabelecimento de equilíbrio durante os 11 meses de construção da barragem principal. Esta diminuição da sucção resulta num aumento da compactação da barragem gaiola, que ocorre principalmente durante a construção da barragem principal. No entanto, a evolução dos recalques da barragem gaiola mostrou que o enchimento acidental e o tempo de exposição envolvidos no caso A resultaram em recalques mais baixos durante a fase principal de construção da barragem do que no caso B, sugerindo uma densidade de material.
91 Os deslocamentos verticais encontrados após o primeiro enchimento na área a jusante da eclusa e a jusante da barragem principal apresentaram diferenças da ordem de 15%, sendo os maiores valores no caso A, indicando que os materiais se comportam de forma diferente. , como resultado de alterações causadas por um processo de construção diferente. A segunda análise refere-se ao estudo do comportamento da barragem durante a construção e aterro com aplicação de misturas de enchimento solo-rocha em massas que substituem os materiais do tipo rochoso estudados neste trabalho. Controlo vibratório da compactação da mistura de solo e aterros rochosos da barragem de Odelouca.
