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Orientador : Prof. Dr. Volmir Eugênio Wilhelm / Co-Orientador : Drª. Josiele Patias / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 29/03/2016 / Inclui referências : f. 83-91 / Área de concentração : Programação matemática / Resumo: Uma questão importante em segurança de barragens de concreto é a monitoração da subpressão em suas fundações e a sua manutenção dentro dos limites de projeto, ao longo do seu tempo de operação. A supbressão é a pressão de baixo para cima gerada pela água que se infiltra pela porosidade ou descontinuidades da fundação rochosa sob a barragem. Se exceder os limites de segurança pode levar ao deslizamento ou tombamento da estrutura. As subpressões estão sujeitas a oscilações por mudanças de temperatura ou nível do reservatório, entre outras causas. A monitoração dos níveis de subpressão é realizada com o auxílio de limites de alertas fixos para cada instrumento. Por exemplo, em Itaipu o limite amarelo é estabelecido como o máximo histórico para o instrumento, e o limite vermelho é definido com base no limite de segurança do projeto. Assim, essa definição de limites de alertas fixos, não ajuda a identificar aumentos inesperados quando deveria estar próximo do mínimo sazonal. No caso de um incremento significativo de subpressão não justificada por variações correspondentes nas variáveis causais associadas, é importante que seja acionado um alerta assim que possível, auxiliando dessa forma a equipe de engenheiros responsáveis pela segurança a estudar o caso e se necessário executar as tarefas de manutenção a tempo de reverter um quadro que poderia colocar em risco a segurança da barragem. Os modelos de regressão múltipla de subpressão em Itaipu não conseguem alcançar um nível de explicação aceitável da variação sazonal da subpressão. As séries temporais de subpressão no contato entre o concreto e a rocha apresentam frequentes variações de regime, tornando sua modelagem mais complicada. Diante disso, esta tese propõe um novo método preditivo híbrido, incluindo modelo ARIMAX, Análise Espectral Singular (SSA), Wavelet, Redes Neurais Artificiais (RNAX) e Bootstrap, cujo objetivo é produzir predições, e intervalos de previsão a eles associados, de leituras futuras de subpressão em barragens de concreto, levando em consideração séries temporais de variáveis causais. Em síntese, a previsão pontual é a média entre um previsor ARIMAX que capta estrutura de dependência linear, e um previsor não linear iterativo, que combina redução de ruídos por SSA, decomposição espectral Wavelet e previsão por Redes Neurais Artificiais com busca automática de parâmetros ótimos. A determinação do intervalo preditivo usa Bootstrap, e os limites superiores do intervalo de previsão são interpretados como limites amarelos dinâmicos. O método proposto é aplicado em três séries temporais de subpressão de piezômetros instalados na barragem principal de Itaipu, localizada em Foz do Iguaçu, Paraná, Brasil. Os resultados alcançados mostram uma melhoria significativa quando comparado aos métodos tradicionais de previsão utilizados na literatura. / Abstract: An important point in concrete dam safety is to monitor the uplift pressure on its foundations, and keep it below the design limits during all operation life time. Uplift pressure is the bottom upward pressure generated by water that seeps through rock foundation porosity or discontinuities under the dam. If the design safety limits are exceeded, it may lead to slippage or tipping of the structure. The uplift pressure oscillates depending on changes in temperature or reservoir level, among other causes. Monitoring of uplift pressure levels is performed with the aid of fixed warning thresholds for each instrument. For example, in Itaipu the yellow threshold is established as the high value recorded for the instrument, and the red limit is set based on the design's safety limit. Thus, this definition of fixed warnings thresholds does not help to identify unexpected increases when it should be close to the minimum. In the case of a significant increase of uplift pressure not justified by corresponding variation in the associated causal variables, it is important to trigger an alert as soon as possible, thus aiding the dam safety engineers team to study the case and to perform any maintenance task in time to reverse a possible danger situation for the dam safety. Multiple regression models in Itaipu were not able to reach an acceptable explanation level of the uplift pressure seasonal variation. The uplift pressure time series in the concrete-rock contact have frequent regimen changes, making its modeling more complicated. Therefore, this thesis proposes a new hybrid predictive method, including ARIMAX model Spectral Analysis Singular (SSA), Wavelet, Artificial Neural Networks (RNAX) and Bootstrap, whose goal is to produce predictions, and prediction intervals associated with them, of future uplift readings in concrete dams, considering causal variables time series. In short, the point forecast is the average between an ARIMAX forecaster that captures linear dependence structure, and an iterative non-linear predictor that combines noise reduction by SSA, Wavelet spectral decomposition and forecast by Artificial Neural Networks with automatic search of optimal parameters. Bootstrap determines the predictive interval, and the upper limits of this interval are interpreted as dynamic yellow limits. The proposed method is applied in three uplift pressure time series, for piezometers installed in the Itaipu main dam, located in Foz do Iguaçu, Paraná, Brazil. The results obtained show a significant improvement when compared to traditional prediction methods in the literature.

Orientador : Prof. Dr. José Marques Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Construção Civil. Defesa: Curitiba, 31/08/2015 / Inclui referências : f. 173-184 / Area de concentração : Materiais e estruturas / Resumo: A demanda por energia, água e outros serviços vêm aumentando continuamente para sustentar o desenvolvimento econômico e melhorar as condições de vida das pessoas. As barragens são vitais para que a população tenha acesso aos insumos básicos fundamentais, entretanto são estruturas que apresentam um risco potencial elevado, motivo pelo qual os regulamentos de segurança, além das recomendações de projeto, prescrevem atividades de acompanhamento e observação, por instrumentação, inspeção visual ou ensaios específicos. Por sua importância e pelo aumento ainda significativo da população mundial, é necessário que continuem os estudos dos materiais e novas técnicas de construção para empreendimentos hidráulicos em busca da solução mais sustentável possível. Dentre as várias soluções possíveis de barragem, as barragens de concreto à gravidade foram muito utilizadas no passado, e com o advento a técnica construtiva do Concreto Compactado com Rolo tornaram-se atrativas nas últimas duas décadas. Geralmente, os critérios usuais de projeto de barragens de concreto à gravidade indicam que uma solução analítica, considerando um modelo bidimensional, com distribuição linear de tensões na base, é suficiente para análise da segurança da estrutura. Como consequência desse processo simplificado, como barragens são estruturas tridimensionais, verifica-se que os protótipos em operação apresentam comportamentos muito diferentes daqueles assumidos nas análises simplificadas 2D, com peculiaridades que acabam sendo negligenciadas. Grosseiramente, as análises como corpo rígido pelo processo de equilíbrio limite desprezam as tensões tangenciais geradas pela declividade das ombreiras, além da óbvia diferença de distribuição de tensões. Sabendo da complexidade de um projeto civil de uma barragem, por ser um projeto multidisciplinar, envolvendo diversas áreas de conhecimento, e das inúmeras simplificações que são feitas no dimensionamento, a avaliação de barragens via Método dos Elementos Finitos através de modelos tridimensionais é uma ferramenta interessante que permite análises mais completas, e uma análise crítica dos critérios de projeto. O objetivo do presente trabalho é avaliar os Critérios de Projetos e de Estabilidade nas ombreiras de Barragens de Concreto à Gravidade, avaliando os efeitos dos parâmetros da interface entre concreto e rocha, evidenciando a necessidade de investigações adequadas da fundação e do concreto. Foram utilizados modelos tridimensionais no programa SAP 2000, para uma barragem com altura de 50 metros, parametrizando os estudos em função da declividade da ombreira e dos parâmetros físicos do concreto e da rocha da fundação. Após a apresentação dos conceitos, apresenta-se uma análise de sensibilidade da estabilidade global variando as características dos materiais, baseadas em valores reais utilizados em barragens de concreto disponíveis na literatura; e variações nos ângulos médios das ombreiras de 0º, 10º, 20º e 30º. Os resultados foram validades através da comparação com os critérios preconizados pelo Manual de Viabilidade da Eletrobrás, 2003, e com modelos de elementos finitos bidimensionais com a mesma geometria. Mostra-se claramente a importância da avaliação adequado dos parâmetros de fundação. Também se evidencia a influência da inclinação das ombreiras nos cálculos, onde o aumento da inclinação degrada significativamente os parâmetros de segurança ao deslizamento, com necessidade de presença de coesão significativa nos modelos mais inclinados. Durante os estudos, verifica-se que as tensões de tração obtidas no modelo com inclinação de 30º são superiores aos limites recomendados. Também foi feita uma análise dos deslocamentos da estrutura, que são significativamente inferiores a alguns processos de execução de juntas, e no caso estudado a hipótese de haver contato entre os blocos mostra ser inadequada. Palavras Chave: barragens, concreto, estabilidade, ombreiras, análise tridimensional / Abstract: The human needs for water and energy are continuously growing in order to permit the economic growth and to improve life quality. Dams are necessary to furnish the basic water resources, but their structures need and special safety analysis because failure could lead to a catastrophic situation. Consequently, several dam regulations indicate the necessity of continuous dams safety monitoring and instrumentation. In order to attend the water resources necessities, it is very important to study new techniques and solutions, using sustainability approaches. Usually, the global stability analysis used in dam design considers very simple 2D models, considering stress linear distribution in the dam horizontal base. Obviously, this approach do not represents the actual dam behavior, mainly in the abutments. In order to improve the solution, the Finite Element Method (FEM) could be a useful tool to analyze and study dams. This dissertation purpose is to evaluate the frequently used gravity dams design criteria throughout FEM analysis, in order to verify abutm ent blocks safety. The study proposed a sensitivity analysis varying rock and concrete mechanical parameters, and the dam rock interface envelopes. Keywords: dams, concrete, stability analysis, concrete gravity dam

Orientador : David de Carvalho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-09-11T20:59:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PaschoalinFilho_JoaoAlexandre_M.pdf: 2788009 bytes, checksum: f9f30d51a99cdcce84e9e7552ed5225a (MD5) Previous issue date: 2002 / Mestrado