Estudo da influência da crosta local no comportamento sísmico do sistema barragem gravidade-reservatório-fundação
Título alternativo
Study of the influence on the local crust of the seismic behaviour of the gravity dams-reservoir-foundation system
Autor(a)
Silveira, Iarly Vanderlei da
Orientador(a) Coorientador(a)
Pedroso, Lineu José
Data de aceite
2019-04-01
Data de disponibilizacao
2019-04-01
Data de publicacao
2019-04-01
Data de defesa submissao
2018-08-31
Citacao
SILVEIRA, Iarly Vanderlei da. Estudo da influência da crosta local no comportamento sísmico do sistema barragem gravidade-reservatório-fundação. 2018. xxii, 148 f., il. Dissertação (Mestrado em Estruturas e Construção Civil)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2018.
Resumo Portugues
O conhecimento acerca do comportamento das barragens gravidade de concreto sob ações dinâmicas é um fator primordial para a segurança dessas estruturas, que são complexas não só por possuírem dimensões gigantescas, mas também devido à interação entre a água do reservatório, o solo da fundação e o concreto da barragem. Algumas pesquisas neste campo consideravam apenas a interação fluido-estrutura como um fator importante na resposta dinâmica, no entanto, pesquisas recentes mostram também a influência da fundação no comportamento dinâmico. Nesse sentido, a fim de estudar a influência do acoplamento dos três meios, este trabalho propôs avaliar a resposta dinâmica em termos das análises de vibração livre e igualmente sobre o carregamento harmônico e sísmico. Um estudo comparativo das frequências e das deformadas foi realizado entre os sistemas desacoplados (barragem - fundação, reservatório) e acoplados (barragem - reservatório - fundação) para a análise de vibração livre. De maneira análoga as respostas da estrutura foram estudadas e comparadas para uma carga pontual harmônica aplicada na crista da barragem, assim como para um carregamento sísmico. A análise sísmica foi realizada com dados históricos do Brasil que permitiu avaliar as tensões e deslocamentos em alguns pontos da barragem de perfil típico brasileiro com e sem a interação solo-estrutura e fluido-estrutura. Um outro objetivo deste trabalho é observar o comportamento do estado de tensões da crosta em função dos esforços gravitacional e tectônico para um perfil homogêneo e avaliar a influência do peso do reservatório para um perfil homogêneo e heterogêneo. A interação barragem-reservatório-fundação e a análise da variação do estado de tensões da crosta foram investigadas pelo método dos elementos finitos através do software ANSYS APDL. Os resultados numéricos foram validados pelas formulações analíticas e estudos da literatura. Os resultados mostraram que a flexibilidade da fundação e a inserção do reservatório tem um impacto significativo nas respostas da barragem, tanto para estudo de vibração livre quanto para o estudo de vibração forçada envolvendo uma análise harmônica e sísmica. Para o perfil da crosta observou-se, principalmente, que o peso do reservatório pode induzir sismos rasos na região da instalação da barragem.
Resumo Ingles
The knowledge of the concrete gravity dams behavior under dynamic actions is a fundamental factor in the safety of these structures. In addition, those behaviors are complex because they involve huge dimensions and due to the interaction between the reservoir water, the foundation soil and the dam concrete. Some research in this field considered only the fluid-structure interaction as an important factor in the dynamic response; however, recent research also shows the influence of the foundation on dynamic behavior. Hence, in order to study the influence of the coupling of those three parts, this work evaluated the dynamic response in terms of free, harmonic and seismic vibration analyzes. For the free vibration study, the natural frequencies and the deformed modal frequencies of the decoupled portion (dam - foundation, reservoir) and coupled (dam - reservoir - foundation) were investigated. Similarly, the response amplitudes were evaluated for a harmonic point load applied at the crest of the dam and for the seismic analysis with historical data of Brazil. Moreover, the tensions and displacements in some points of a Brazilian typical profile dam were evaluated for the cases with dam-foundation and dam-reservoir-foundation interactions. The behavior of the stress state of the crust as a function of the gravitational and tectonic stresses for a homogeneous profile and the influence of the weight of the reservoir for a homogeneous profile as well as for a profile with different material properties were also evaluated. The dam-reservoir-foundation interaction and the analysis of the variation of the stress state of the crust were investigated by the finite element method through ANSYS APDL software, and the validation of the numerical data were verified through analytical formulations and literature studies. The results showed that the flexibility of the foundation and the insertion of the reservoir have a significant impact on the dam responses, both for free vibration study and for the study of forced vibration involving a harmonic and seismic analysis. For the crust profile, it was observed, mainly, that the weight of the reservoir can induce shallow earthquakes in the region of the dam installation.
Resumos em outros idiomas
fra: La connaissance du comportement des barrages poids sous actions dynamiques est un facteur primordial de sécurité de ces structures complexes en raison de leurs dimensions gigantesques et de l’interaction entre l’eau du réservoir, le sol de fondation et le béton du barrage. Certaines recherches dans ce domaine ont considéré seulement l'interaction fluide-structure mais des recherches récentes montrent que l’interaction sol-structure peut influencer fortement la réponse dynamique de ce type d’ouvrage. Afin d’étudier l’influence de trois moyens, cette étude propose d’évaluer la réponse dynamique en termes de vibrations libres mais également sous chargement harmonique et sismique. Une étude comparative des fréquences et des modes propres sera menée entre les systèmes découplés (barrage - fondation, réservoir) et couplés (barrage – réservoir - fondation). De manière analogue, les réponses des structures seront étudiées et comparées pour une charge ponctuelle harmonique appliquée en tête du barrage ainsi que pour des chargements sismiques. L’analyse sismique est réalisée avec des données enregistrées lors de séismes historiques au Brésil et a permis d’évaluer les contraintes et les déplacements de la structure avec et sans prise en compte de l’interaction sol-structure et le fluide - structure. Un autre objectif de ce travail est d’observer l'état de contrainte de la croute terrestre en fonction des efforts de gravité et tectoniques pour un profil homogène et analyser l'influence du poids du réservoir pour un profil homogène mais également hétérogène. L’'interaction structure-réservoir-foundation et la variation de l'état de contrainte dans la croute terrestre ont été étudiés par la méthode des éléments finis en utilisant le logiciel ANSYS APDL. Les résultats numériques ont été validés en utilisant des méthodes analytiques et en s’appuyant sur des considérations issues de la littérature. Cette étude a permis de mettre en avant l’impact significatif de la flexibilité de la fondation et de l’implantation du barrage sur la réponse de ce dernier, aussi bien pour l'étude des vibrations libres que pour l'étude des vibrations forcée pour un chargement harmonique et sismique. Pour le profil de la croute, il a été observé que le poids du réservoir peut induire des tremblements de terre peu profonds dans la région d’implantation du barrage.
Agencia financiadora
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
Idioma
Português
Tipo de documento
Dissertação
Formato
application/pdf
Direitos de acesso
Acesso Aberto
Termo de licenca
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Palavras-chave
Barragens de concreto||Barragens||Análise sísmica||Vibração - análise||Fundações (Engenharia)||Reservatórios
