aplicação da mecânica de fratura à análise de fundações de barragens de concreto fundadas em

211 Pages·2005·2.49 MB·Portuguese

ROSSANA HERRERA LÓPEZ

APLICAÇÃO DA MECÂNICA DE FRATURA À
ANÁLISE DE FUNDAÇÕES DE BARRAGENS DE
CONCRETO FUNDADAS EM ROCHA

Dissertação apresentada à Escola de
Engenharia de São Carlos da
Universidade de São Paulo, como
parte dos requisitos para a obtenção
do Título de Mestre em Geotecnia.

Orientador: Prof. Dr. Tarcísio Barreto Celestino

São Carlos
2005
ii

v

A minha mãe Alejandra, que com seu amor, valentia e exemplo de trabalho orientou e
motivou a minha vida. E as minhas irmãs Carmen e Rut pelo apoio desmedido na
minha formação.
vi
vii

AGRADECIMENTOS

A Deus pela minha vida e a oportunidade de estudar e compartilhar com o próximo.
A CNPq pela oportunidade e financiamento na realização da pesquisa.
Ao Prof. Dr. Tarcísio B. Celestino, pela orientação, ensinamentos e críticas que
contribuíram muito na minha formação de Mestre.
Ao Prof. Dr. Osvaldo L. Manzoli pelo continuo apoio, orientação e amizade na
realização deste trabalho.
Ao Prof. Dr. Antonio Airton Bortolucci e ao Prof. Dr. Edmundo Esquivel pelo grande e
constante apoio durante a realização do trabalho.
Ao geólogo Giácomo Re e à engenheira Kênia Damaseno pelo generoso apoio técnico.
Aos professores do Departamento de Geotecnia da Escola de Engenharia de São Carlos
que contribuíram para o meu aperfeiçoamento profissional e elaboração deste trabalho,
em especial aos Profs. Dr. José C. Cintra, Prof. Dr. Orencio Monje Vilar, Prof. Dr. José
E. Rodrigues, ao Prof. Dr. Nelson Aoki, ao Prof. Dr. João B. Nogueira, ao Prof. Dr.
Lázaro Valentin Zuquette e ao Prof. Dr. Benedito de Souza Bueno.
Aos Drs. Philippe Martin, Dr. C. Wei, ao engenheiro amigo Jorge Bustamante Dawson
que me deram muito apoio no aperfeiçoamento profissional. E aos meus professores
Mijail Shteinberg, Victor Dorozhkin e Constantin Karadzhi pela sua dedicação e ensino
na minha formação profissional no Instituto de Engenharia de Construção de Odessa.
A todos meus colegas pela amizade e contribuição na realização deste trabalho em
especial Heraldo N. Pitanga, Leonardo Silveira, Sara Rodrigues, Miguel Alfaro, Eliana
Martins, Kleber, Enrique, Mauricio, Jean Carlo, Ivan, Clóvis. E a Héctor Velásquez pela
sua amizade e motivação.
Às secretarias Maristela e Neiva pela ajuda generosa, ao engenheiro Herivelto Moreira
dos Santos pelos múltiplos socorros no uso da informática.
Ao povo brasileiro, amigo e generoso, pela acolhida fraterna. E às minhas amigas
Maribel Funes, Daniane Vicentini e Marly Monma pela amizade e apoio.
viii
ix

RESUMO

HERRERA, R.L (2005). Aplicação da Mecânica da Fratura à análise de fundações de
barragens de concreto fundadas em rocha. Dissertação (Mestrado) – Escola de
Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2005.

O presente trabalho de pesquisa está relacionado à análise do progresso do fraturamento
na zona tracionada de fundações rochosas de barragens de concreto e suas
conseqüências nas avaliações de estabilidade global. Tomou-se como exemplo a
barragem de Porto Primavera de propriedade da CESP (Companhia Energética de São
Paulo), situada entre os Estados de São Paulo e Mato Grosso do Sul, Brasil. Com a
ajuda de modelos elaborados com elementos finitos e sob a ótica da Mecânica da
Fratura não linear e da Mecânica do Dano, analisa-se o desenvolvimento da fratura
mediante uma avaliação iterativa tensão-deformação e carga hidráulica. Devido ao
carregamento progressivo de água, realiza-se a análise iterativa baseada no avanço da
fratura e na aplicação de pressão hidráulica, até quando a fratura deixa de progredir. A
simulação numérica proposta tem o objetivo de estudar o desenvolvimento de fraturas,
determinar as deformações ocorridas sob a ação das forças de empuxo d’água, de
subpressão, do peso próprio e das pressões de água na fratura do maciço rochoso
fraturado. As deformações calculadas são comparadas com registros da instrumentação
na fundação efetuados durante o enchimento do reservatório, o que permitirá o ajuste
dos parâmetros adotados na simulação, assim como estabelecer as reais características
da fundação.

Palavras-chave: Mecânica da Fratura, barragem, fundação rochosa, Modelo do Dano,
propagação da fratura, zona tracionada.
x

ABSTRACT

HERRERA, R.L. (2005). The application of Rock Mechanics to the analysis of rock
foundations of concrete dams. M.Sc. Dissertation. Escola de Engenharia de São Carlos,
Universidade de São Paulo, São Carlos, 2005.

This study is related to the analysis of crack propagation in the tensioned zone of
concrete dam foundation. The example of Porto Primavera dam owned by CESP (São
Paulo State Power Company) Brazil is presented. Fracture growth is analyzed by mean
iterative stress-strain and hydraulic head analysis with codes based on finite elements
incorporating non-linear fracture mechanics and damage models. Due to progressive
load of water, a step-by-step analysis is performed, based on the development of
fracture and application of forces due of hydraulic pressure. The proposed numerical
simulation has the purpose of studying the development of fracture, determining
deformations due to the action of uplift pressure, self-weight and hydraulic pressure on
the fracture walls. The computed deformations are compared with instrumentation data,
obtained during the impoundment of the reservoir, from devices installed in the
foundation, which will allow to adjust the adopted parameters in the simulation and to
determine the real characteristics of the foundation.

Keywords: Fracture Mechanics, dam, rock foundation, Damage model, fracture
propagation, tension zone.