Observação e controlo da segurança estrutural de barragens de betão: utilização integrada de modelos numéricos e de modelos de separação de efeitos

Dissertação de Natureza Científica elabora da no âmbito do protocolo de cooperação entre o ISEL e o LNEC para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Atualmente, o controlo da segurança estrutural de barragens de betão em fase de exploração tende a apoiar-se em sistemas de monitorização que permitem a recolha automática e a recolha manual dos dados da observação. Estes dados são armazenados computacionalmente em bases que podem ser acedidas via web através de sistemas informáticos (web systems) especificamente desenvolvidos para apoiar as atividades de gestão e controlo da segurança. Estes sistemas informáticos são parte integrante dos sistemas de monitorização de barragens e devem: i) ser dotados de interfaces gráficas que permitam uma grande interatividade; ii) permitir armazenar e consultar os dados da observação sob a forma numérica; iii) permitir a visualização gráfica das diversas grandezas observadas ao longo do tempo. Devem também disponibilizar módulos para: i) analisar a evolução ao longo do tempo das grandezas observadas com base em modelos de separação de efeitos (MSE); ii) utilizar modelos de elementos finitos (MEF) para simular o comportamento observado, sob a ação das principais solicitações; e iii) comparar as observações e os resultados dos MSE e MEF. Neste sentido, há que investir no desenvolvimento de softwareque facilite a utilização integrada de modelos de separação de efeitos (MSE) e de modelos numéricos de elementos finitos (MEF), uma vez que o controlo da segurança estrutural de grandes barragens se baseia essencialmente na comparação entre a resposta observada (analisada com base em MSE) e a resposta prevista com base em MEF. No âmbito desta dissertação, foi desenvolvido em MATLAB, o programa DamSafe1.0, o qual facilita a utilização integrada de MSE e de MEF. Para mostrar as diversas potencialidades do DamSafe1.0e o interesse da sua utilização no controlo da segurança estrutural de barragens mostram-se resultados de aplicação ao caso da barragem da Aguieira. Com este exemplo de aplicação é possível salientar alguns dos aspetos inovadores introduzidos no DamSafe1.0, nomeadamente ao nível dos MSE: i) possibilidade de separação dos efeitos do tempo numa parcela viscoelástica devida ao efeito do nível e numa parcela associada aos restantes efeitos do tempo (no caso da barragem da Aguieira, envolve os efeitos associados às expansões); e ii) consideração de funções exponenciais na representação do efeito do nível.

Nowadays, the safety control of concrete dams under normal operation tends to rely on monitoring systems that provide automated and manual data collection. These data are computationally stored in data bases that can be accessed via web by web systems, specifically developed to support the activities of management and safety control. These web systems are a fundamental component of monitoring systems and should: i) be provided with graphical interfaces with good interactivity; ii) allow storing and querying observation data in numerical form; iii) allow graphical visualization of the observed data over time. These web systems should also include computational modules: i) to analyze the evolution over time of the observed magnitudes based on models of separation effects (MSE) ; ii) for using finite element models (FEM) to simulate the observed behavior under the action of the main loads; and iii) to compare the observations and the results of MSE and FEM. From this view, it is needed to invest in the development of software to facilitate the integrated use of models for separating effects (MSE) and numerical finite element models (FEM) , since the structural safety control of large dams is essentially based on comparison between the observed response (analyzed based on MSE) and the predicted response based on FEM. Within this dissertation, it is developed in MATLAB, the DamSafe1.0 program, which facilitates the integrated use of MSE and FEM. To show the different capabilities of DamSafe1.0 and the interest of its use in controlling the structural safety of dams are shown results of application to the case of Aguieira dam.With this application example is possible to highlight some of the innovative aspects introduced in DamSafe1.0, particularly in terms of MSE: i) the possibility of separating the effects of time in a viscoelastic part due to the water level effect and a part related to other time effects (in the case of Aguieira dam involves the swelling effects); and ii) consideration of exponential functions in the representation of the water level effect.