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Análise do comportamento sísmico da barragem de Luzzone: desenvolvimento de um programa de EF3D utilizando uma formulação em deslocamentos e pressões

2015-12Master thesis Open access
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dc.contributor.advisorOliveira, Sérgio Bruno Martins de
dc.contributor.authorAlegre, André Filipe Moreira
dc.date.accessioned2016-04-18T18:22:20Z
dc.date.available2016-04-18T18:22:20Z
dc.date.issued2015-12
dc.descriptionTrabalho Final de Mestrado elaborado no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa no âmbito do protocolo entre o ISEL e o LNEC
dc.description.abstractO controlo da segurança estrutural de barragens sob ações sísmicas deve ser efetuado com base em sistemas de monitorização do comportamento dinâmico das obras e recorrendo a modelos numéricos para simular a resposta dinâmica do conjunto barragem-fundação-albufeira, os quais devem ser calibrados por comparação com resultados experimentais obtidos in-situ. Nesta dissertação referem-se sumariamente os fundamentos do MEF na perspetiva da análise dinâmica de barragens. Refere-se a formulação clássica de Westergaard para simular a interação dinâmica água-estrutura e as formulações em que a albufeira é discretizada em elementos finitos, geralmente baseadas numa abordagem de estado. Nomeadamente, apresenta-se em detalhe uma formulação em pressões e deslocamentos, na qual se utilizam elementos finitos de pressão na albufeira e elementos finitos de deslocamento na barragem e na fundação. Desenvolveu-se um programa de elementos finitos 3D em MATLAB para análise sísmica de barragens abóbada (DamDySSA1.0), apresentando -se resultados para o caso da barragem de Luzzone, na Suíça (225 m de altura). Com este programa é possível efetuar cálculos dinâmicos no domínio do tempo utilizando a referida formulação em pressões (fluido) e deslocamentos (sólido), na qual se adotou uma abordagem de estado em coordenadas modais, para analisar a resposta a acelerogramas sísmicos aplicados na base. Este programa foi validado comparando resultados experimentais e resultados numéricos calculados para o caso da barragem do Cabril. O modelo de EF desenvolvido para análise dinâmica de sistemas barragem-fundação-albufeira considera a hipótese de materiais isotrópicos com comportamento elástico-linear e permite a consideração de superfícies de descontinuidade (elementos de junta). A fundação é simulada como uma subestrutura, elástica e sem massa. A albufeira é discretizada em elementos finitos de pressão, permitindo considerar a interação dinâmica água-estrutura e o efeito de radiação/reflexão das ondas de pressão nas interfaces. É ainda admitida a hipótese de amortecimento de Rayleighgeneralizado (ou não proporcional) e amortecimento de radiação da albufeira, surgindo modos de vibração complexos ou não estacionários. Na análise sísmica e verificação da segurança da barragem de Luzzone consideraram-se as combinações com o Sismo Base de Projeto e o Sismo Máximo de Projeto. Como principais ações estáticas, considerou-se o peso próprio, a pressão hidrostática e dos sedimentos e as variações de temperatura na situação de inverno e de verão. Verificou-se a segurança para o cenário deocorrência de roturas pontuais no betão e para o cenário de deslizamento e derrubamento de blocosque se possam formar na zona central superior da obra.pt_PT
dc.description.abstractAbstract: The structural safety control of dams under seismic actions must be based on monitoring systems for measuring the dam dynamic behaviour and on the use of numerical models to simulate the dynamic response of the dam-reservoir-foundation system, which must be calibrated by comparison with experimental results obtained on site. In this dissertation are summarised the f undamentals of the Finite Element Method in the perspective of the numerical analysis of the dam dynamic behaviour. It is referred the classic Westergaard formulation to simulate the water-structure dynamic interaction and the formulations based on reservoir discretizations into finite elements, that generally use a state approach. Namely, it is presented in detail a formulation in pressures and displacements using pressure finite elements for the reservoir and displacement finite elements for the dam and foundation. It was developed a 3D finite element program using MATLAB f or the seismic analysis of arch dams (DamDySSA1.0), being presented the results for the case of Luzzone Dam, in Swizerland (225 m high). Dynamic calculations in time domain are performed using the mentioned formulation in pressures (fluid) and displacements (solid) and a state approach in modal coordinates, to analyse the response for applied seismic acelerogramas at the base. The developed program was validated by comparing the computed numerical results and experimental results, for Cabril dam case. The developed 3DFE model for dynamic analysis of dam-reservoir-foundation system assumes the hypothesis of isotropic materials with linear-elastic behaviour and allows the consideration of discontinuity surfaces (joint elements). The foundation is simulated as a substructure, elastic and massless. The reservoir is discretized into pressure finite elements, to take into account the water-structure dynamic interaction and the radiation/reflection effect of the pressure waves on the interfaces. It is considered generalized (or non-proportional) Rayleigh damping and the reservoir radiation damping, arising complex or non-stationary vibration modes. The seismic analysis and the study of seismic safety evaluation of Luzzone dam was carried out for the main load combinations with the Operating Basis Earthquake and the Maximum DesignEarthquake. It were considered, as static loads, the self-weight, the hydrostatic and silt pressure, and the thermal gradient both in winter and summer. The dam safety was verified for the concrete local failure scenario and for the scenario of sliding and overturning of blocks that may arise in the upper central part of the structure.en
dc.identifier.citationALEGRE, André Filipe Moreira - Análise do comportamento sísmico da barragem de Luzzone: desenvolvimento de um programa de EF3D utilizando uma formulação em deslocamentos e pressões. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2015. Dissertação de mestrado.pt_PT
dc.identifier.tid201214180
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10400.21/6031
dc.language.isoporpt_PT
dc.peerreviewedyespt_PT
dc.publisherInstituto Superior de Engenharia de Lisboa
dc.subjectBarragens de betãopt_PT
dc.subjectConcrete damsen
dc.subjectBarragens abóbadapt_PT
dc.subjectArch damsen
dc.subjectSegurança estruturalpt_PT
dc.subjectStructural safetyen
dc.subjectControlo da segurançapt_PT
dc.subjectSafety controlen
dc.subjectComportamento dinâmicopt_PT
dc.subjectDynamic behaviouren
dc.subjectMétodo dos elementos finitospt_PT
dc.subjectFinite Element methoden
dc.subjectModelos numéricos de EF3Dpt_PT
dc.subject3DFEM numeric modelsen
dc.subjectSistema barragem -albufeirapt_PT
dc.subjectDam reservoiren
dc.subjectFundaçãopt_PT
dc.subjectFoundation systemen
dc.subjectAlbufeira discretizada em EF de pressãopt_PT
dc.subjectDiscretized reservoir in pressure FEen
dc.subjectFormulação em pressões e deslocamentospt_PT
dc.subjectFormulation in pressures and displacementsen
dc.subjectAbordagem de estadopt_PT
dc.subjectState space approachen
dc.subjectAmortecimento generalizadopt_PT
dc.subjectGeneralized dampingen
dc.subjectEfeito de radiaçãopt_PT
dc.subjectRadiation effecten
dc.subjectAnálise sísmica de barragenspt_PT
dc.subjectDam seismic analysisen
dc.subjectVerificação da segurança sísmicapt_PT
dc.subjectSeismic safety evaluationen
dc.subjectRoturas locais no betãopt_PT
dc.subjectConcrete local failureen
dc.subjectDerrubamento de blocos de controlopt_PT
dc.subjectOverturning of control blocksen
dc.subjectDeslizamento de blocos de controlopt_PT
dc.subjectSliding of control blocksen
dc.subjectBarragem de Luzzonept_PT
dc.subjectLuzzone damen
dc.titleAnálise do comportamento sísmico da barragem de Luzzone: desenvolvimento de um programa de EF3D utilizando uma formulação em deslocamentos e pressõespt_PT
dc.typemaster thesis
dspace.entity.typePublication
rcaap.rightsopenAccesspt_PT
rcaap.typemasterThesispt_PT

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