[pt] O objetivo principal do trabalho consiste na análise de problemas de fluxo sob uma ótica integrada através de simulações numéricas. Tal perspectiva vêm ganhando grande atenção por parte de profissionais da área, pois permite uma abordagem mais representativa dos processos da natureza. O programa utilizado, Mike SHE, desenvolvido pelo Instituto de Hidráulica Dinamarquês, é criado num esquema determinístico e distribuído e utiliza o método das diferenças finitas como solução. O programa simula o fluxo na superfície, canais e nas zonas saturada e não saturada. No primeiro exemplo, simulou-se a interação entre um aquífero de baixa profundidade e um rio. No segundo, verificou-se a resposta do escoamento superficial submetido a variações metereológicas e fisiográficas. Ambos casos foram validados por soluções analíticas. No terceiro, realizou-se uma simulação integrada em uma escala regional para compreensão da resposta dinâmica entre os diversos armazenamentos e através de uma ferramenta de pós- processamento, calculou-se o balanço hídrico. Por fim, avaliou-se a resposta da bacia hidrográfica do Quitite e Papagaio, localizada no maciço da Tijuca, Rio de Janeiro, mediante registros de picos de precipitação anuais. As análises integradas foram satisfatórias comparando-se a modelagens individuais. O acoplamento é explícito, permitindo a inserção de passos de tempo convenientes com cada ambiente. Por fim, a abordagem integrada permitiu que os modelos dos quatro casos fossem calibrados de acordo com parâmetros de cada ambiente hidrogeológico, aumentando a confiabilidade das simulações. / [en] This master thesis aims the analysis of flow problems under an integrated approach through numerical flow modelling. The relevance of this perspective has been increasing steadily, since it allows a more representative assessment of the nature processes. The program used, named Mike SHE, developed by the Danish Hydraulic Institute, was created in a deterministic and distributed approach solved by finite difference method. The program is comprised of modules, each representing a storage: surface, channels, vadose and saturated zone. The first analysis comprise the interaction between an aquifer of low depth and a river. In the second example, it was verified the response of flow in a surface subjected to variation of physiografic and metereological parameters. Both examples were validated with analytical solutions. In the third case, an integrated simulation was carried on in order to understand the dynamic feedback generated between the storages and through a post-processing tool the water balance was calculated. The last example, assess the response the Quitite and Papagaio basin, located in the Tijuca s massif in the city of Rio de Janeiro, over high precipitation rate. The results were satisfactory in comparison of an individual flow analysis. The coupling is explicit, allowing the input of suitable time steps for each storage. Lastly, the integrated approach allowed the model setup in the four cases to be calibrated under parameters of each storage, enhancing the reliability of them.

[pt] Em uma barragem de terra homogênea responsável pelo abastecimento de água de um empreendimento privado, observou-se um processo inicial de carreamento de partículas finas próximo ao pé do talude de jusante, situação tida como um dos principais modos de falha de barragens. Embora esta anomalia tenha sido devidamente controlada na estrutura em estudo, este trabalho buscou encontrar as causas para a ocorrência detectada, visando aprofundar o conhecimento sobre o assunto. Para isso, investigou-se o histórico da estrutura, coletou-se amostras indeformadas próximo a região de interesse com a função de realizar ensaios de laboratório para caracterizar o solo no local, determinar os parâmetros físicos, aferir coeficientes de permeabilidade sob diferentes tensões efetivas e encontrar a sua curva característica (SWCC) através de ensaios de papelfiltro. Com os resultados dos ensaios, foram elaborados modelos computacionais sob diferentes cenários para investigar o comportamento dos gradientes hidráulicos. Foi empregado o software Plaxis LE para esta função. Avaliou-se se a adoção de parâmetros não saturados ou a consideração de análises tridimensionais promoveria alguma alteração no padrão de fluxo na estrutura em estudo, o que não ocorreu. Também foi considerado se a interação solo-atmosfera poderia gerar gradientes hidráulicos críticos através de ciclos de chuva e evaporação, mas também não houve resultados críticos. Ao variar o coeficiente de permeabilidade no corpo da barragem, observou-se que existe uma relação inversamente proporcional com o gradiente hidráulico. Desta forma, entende-se que a presença de solos orgânicos no pé do talude de jusante pode ter acarretado o processo de carreamento observado. / [en] In a homogeneous earthfill dam responsible for the water supply of a private company, an initial process of internal erosion was observed near the base of the downstream slope, which is listed as one of the main dam failures causes in the world. Although this problem has been correctly solved at the studied structure, this thesis aimed to find the causes for the detected anomaly in order to increase knowledge about this subject. To do so, the history of the structure was investigated, undisturbed samples were collected near the region of interest to carry out laboratory tests to characterize the soil, determine the physical parameters, measure permeability coefficients under different effective stresses and find its characteristic curve (SWCC) through filter paper tests. With the results of the tests, computational models were elaborated under different scenarios to investigate the behavior of hydraulic gradients. The software Plaxis LE was used in this work. It was evaluated whether the adoption of unsaturated parameters or 3D analysis would promote any change in the flow pattern in the studied structure, which did not occur. It was also considered whether the soil-atmosphere interaction could generate critical hydraulic gradients through rainfall and evaporation cycles, but there were no critical results either. Although, permeability seems to have a an inversely proportional relationship with hydraulic gradient. Thus, it is understood that the formation of organic soils at the toe of the downstream slope may have led to the observed internal erosion process.