Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-10-03T16:12:40Z No. of bitstreams: 1 2016_BrunaMotaMendesSilvaTedesco.pdf: 1822645 bytes, checksum: f46092c4686c82beddcea0e461632f24 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-01-06T19:45:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_BrunaMotaMendesSilvaTedesco.pdf: 1822645 bytes, checksum: f46092c4686c82beddcea0e461632f24 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-06T19:45:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_BrunaMotaMendesSilvaTedesco.pdf: 1822645 bytes, checksum: f46092c4686c82beddcea0e461632f24 (MD5) / Um enrocamento é constituído por rocha sã britada e possui comportamento essencialmente discreto. Apesar disso, na maior parte dos casos, os enrocamentos são simulados como meios contínuos. Os parâmetros necessários para execução de um projeto de uma barragem de enrocamento são difíceis de serem determinados devido à dificuldade de manipulação de suas grandes partículas para montagem de amostras, bem como devido à falta de equipamentos em escala suficiente para comportá-las. Assim, o método dos elementos discretos apresenta-se como uma solução para estes problemas, pois trata o enrocamento como um meio discreto e possibilita a realização de ensaios de grande escala de maneira computacional. Os enrocamentos possuem comportamentos complexos que são, na maior parte dos casos, influenciados pelos parâmetros microscópicos da amostra. De modo a analisar a influência desses parâmetros no comportamento macroscópico, reproduziram-se os ensaios de caracterização mecânica dos enrocamentos utilizando o método dos elementos discretos por meio do software de código aberto Yade. Os ensaios reproduzidos foram os ensaios de compressão unidimensional e cisalhamento direto que já haviam sido executados em um granito de baixa resistência em um laboratório anteriormente. Eles mostraram que o parâmetro que possui maior influência sobre o comportamento do material é o módulo de Young das partículas, visto que influencia diretamente as forças nos contatos entre elas. Ângulo de atrito e rigidez a rotação também exercem alguma influência sobre o comportamento, porém de maneira bem mais reduzida. O ensaio de compressão unidimensional foi realizado com e sem quebra, apresentando respostas muito semelhantes entre si, visto que a quebra para o material ensaiado foi insignificante. A utilização do método dos elementos discretos mostrou-se eficaz na representação do comportamento real do material ensaiado. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / A rockfill comprises sound rock and behave itself in a manner essentially discrete. Nevertheless, in most cases, rockfills are simulated as continuous medium. The required parameters for a rockfill dam project execution are difficult to be determined due to the difficulty of handling their large particles for mounting samples and the lack of availability of equipment on a sufficient scale to test the enormous samples. Thus, the discrete element method is presented as a solution for these problems because treats rockfills as a discrete medium and allows the achievement of large-scale tests in a computational manner. Overall, rockfills present complex behavior that is, in most cases, influenced by microscopic sample parameters. In order to analyze the influence of the microscopic parameters on the macroscopic behavior, rockfill characterization tests were reproduced using the discrete element method by the open source software Yade. The tests reproduced were the one-dimensional compression test and the direct shear test that already were executed previously in a low resistance granite in laboratory. The tests have shown that the most influent parameter was the Young’s modulus of the particles since it directly influences the forces on the contacts between them. The friction angle and the rotational stiffness also exert some influence on the sample behavior but in a such smaller way. The one-dimensional compression test was carried out with and without breakage having both very similar responses. This happens because the breakage of the particles was negligible. The application of the discrete element method proved effective in the representation of the real behavior of the tested material.

O crescimento do número de Barragens de Enrocamento com Face de Concreto (BEFC) no Brasil e no mundo e os problemas relacionados com a movimentação da face motivaram o desenvolvimento deste estudo sobre o comportamento mecânico do enrocamento. Geralmente, as previsões dos movimentos diferenciais do maciço são feitas com base nas características de deformabilidade do material. Este trabalho apresenta um estudo de tensão-deformação de enrocamento baseado em análise numérica de uma seção de barragem de grande altura, com o objetivo de definir o estado e as trajetórias de tensões que influenciam os valores dos parâmetros de deformabilidade. Baseado nas condições de carregamento previstas para o maciço de enrocamento, foi desenvolvida a programação e as metodologias dos ensaios laboratoriais. A partir dos resultados destes ensaios foi possível estimar os parâmetros de deformabilidade do enrocamento a serem utilizados em estudos tensão-deformação. / The important growth in the number of Concrete Face Rockfill Dams (CFRD\'s) in Brazil and in the World, and the reported problems related to movements of the concrete slab, motivated the present study of mechanical behavior of the rockfill. In general, predictions of the differential movements within the rockfill mass are based on the deformation properties of the rockfill materials. This work presents a stress-strain study of the rockfill mass, based on a numerical analysis of a high dam cross section, aiming to define the stress state and stress paths that influence the deformability parameters. Based on the loading condition estimated for the rockfill mass, the program and the methodology for the laboratorial tests was set. From these test results it was possible to estimate the deformability parameters of the rockfill to be used in stress-strain analysis.

[pt] A mistura asfáltica tem sido utilizada como núcleo impermeável em barragens de enrocamento desde 1930. A partir de então, estudos foram desenvolvidos, buscando uma melhoria das principais características da mistura asfáltica, como a granulometria, o teor de ligante asfáltico e o volume de vazios; permitindo obter um material asfáltico de maior densidade e com permeabilidade inferior a 10-9 cm s. As técnicas e procedimentos construtivos destas barragens apresentam vantagens quando comparadas às barragens já conhecidas. Os materiais do núcleo, as transições e o enrocamento podem ser representados por modelos constitutivos adequados e o comportamento de barragens de enrocamento com um núcleo de concreto asfáltico (BENCA) pode ser reproduzido por ferramentas computacionais. O presente trabalho apresenta um estudo sobre barragens do tipo BENCA, fazendo uso do programa computacional PLAXIS, de elementos finitos. O programa foi calibrado e validado a partir de resultados de medições de campo do Reservatório Megget, construído na Escócia (1981). Um estudo sobre a influência da inclinação do núcleo na resistência e deformabilidade de barragens de enrocamento é apresentado e discutido. Finalmente, apresenta-se a previsão numérica do comportamento da Barragem Foz de Chapecó, que é a primeira barragem construída com esta técnica no Brasil (2010). Os resultados mostraram-se coerentes com o comportamento observado em campo, indicando que o programa e os modelos constitutivos adotados permitem a previsão do comportamento de barragens de enrocamento com núcleo em concreto asfáltico. / [en] Asphalt mixture has been used as impermeable core rockfill dams since 1930. Since then, studies have been developed, searching an improvement of the main characteristics of the asphalt mixture, such as grading, bitumen content and volume ratio, allowing to obtain an asphalt material of higher density and less permeability than 10-9 cm s. Techniques and constructive procedures of these dams have advantages when are compared to known dams. The core materials, rockfill and transitions can be represented by appropriate constitutive models and the behavior of rockfill dams with an asphaltic concrete core (BENCA) can be reproduced by computational tools. The present work presents a study about the type dams (BENCA), using the finite elements computer program PLAXIS. The program was calibrated and validated from results of field measurements of Megget Reservoir, built in Scotland (1981). A study on the influence of core inclination in the strength and deformability of rockfill dams is presented and discussed. Finally, it is presented the numerical prediction of the behavior of the Foz de Chapecó dam that is the first dam built with this technique in Brazil (2010). The results were consistent with the behavior observed in field, indicating that the program and the adopted constitutive models allow the prediction of the behavior of rockfill dams with asphalt concrete core.

[pt] Este trabalho apresenta um estudo experimental do comportamento de maciços de enrocamento, considerando as variações de deformabilidade e resistência provocadas pela alteração da rocha e pelas variações das características intrínsecas do enrocamento, tais como, litologia, granulometria, efeito de escala, umidade e as características das partículas. Foram considerados o enrocamento de basalto da Barragem de Marimbondo, com cerca de 25 anos de alteração natural no campo, o basalto da Pedreira Rio Grande, semelhante ao utilizado na construção de Marimbondo, e o enrocamento de granito da Barragem de Serra da Mesa. Foi elaborada uma metodologia para avaliar a alterabilidade dos materiais de enrocamento, envolvendo ensaios nos materiais intacto e alterados no campo e no laboratório. A alteração no basalto da Pedreira em laboratório simulou, de forma acelerada, a alteração natural do basalto de Marimbondo no campo, sendo realizada através de ensaios de lixiviação contínua e de ciclos de umidade. A lixiviação em corpos de prova de enrocamento foi feita em um equipamento soxhlet de grandes dimensões desenvolvido no Laboratório da PUC-Rio. O comportamento geomecânico dos enrocamentos foi avaliado a partir dos parâmetros mais relevantes das partículas, da rocha e do maciço de enrocamento. A caracterização do enrocamento como meio granular é obtida através de ensaios de compressão unidimensional, de compressão triaxial e de cisalhamento direto, em equipamentos de grandes dimensões. Os resultados mostram que as características intrínsecas do enrocamento têm um papel importante no comportamento do material. Além disso, a alteração do basalto no campo ou no laboratório pode provocar variações significativas dos parâmetros dos materiais de enrocamento, dentre as quais destacam-se a redução da rigidez e resistência do enrocamento, bem como o aumento do desgaste das partículas. Este estudo também indica que a lixiviação no equipamento soxhlet de grandes dimensões mostrou-se adequada para a simulação da alteração natural do basalto em condições aceleradas no laboratório, possibilitando a previsão, a longo prazo, do comportamento de enrocamentos. Considerando um período de 75 anos de alteração natural no campo, o trabalho apresenta a previsão de comportamento do enrocamento de Marimbondo em termos de resistência ao fraturamento, desgaste das partículas, módulo de compressibilidade M, módulo de deformabilidade E , resistência à compressão uniaxial que envoltória de resistência. / [en] This work presents an experimental study of the behavior of rockfills, focusing on the changes caused by rock alteration on the physical and mechanical characteristics, such as, lithology, gradation, deformability and strength. The basalt rockfill used in the construction of Marimbondo dam has been considered, with about 25 years of in situ alteration, together with intact basalts samples from Rio Grande quarry, which is located about 500m downstream from the dam site. The experimental results were also compared with data from tests on granite rockfill samples from Serra da Mesa dam. A methodology is proposed for evaluating the alterability of rockfills, based on laboratory tests on intact and alterated samples. Procedures for fast rock alteration in the laboratory were also developed, attempting to simulate the naturally slow alteration which occurs in the field. The laboratory alteration made use of both continuous leaching and wetting-drying cycles on intact basalt samples. The leaching was imposed in a large scale soxhlet equipment developed in the geotechnical laboratory at PUC-Rio. For the characterization of the geomechanical behavior of the rockfill masses, large scale equipments have been used, such as an confined compression chamber, triaxial compression machine and direct shear box. The results indicate that the intrinsic characteristics play an important role on the rockfill behavior. Furthermore, basalt alteration occurring in the field or in the laboratory may cause a significant decrease on the rockfill s stiffness and strength parameters, as well as an increase on the abrasion characteristics of rockfil s particles. This study also indicates that leaching in large scale equipment is a proper way to simulate the basalt s natural alteration in accelerated laboratory conditions, making possible the long time prevision of the behavior of rockfills. Considering a time period of 75 years of natural alteration in the field, this work presents a quantitative prediction of Marimbondo s rockfill behavior in terms of particle breakage, abrasion resistance, compressibility modulus M, deformability modulus E, unconfined strength qu and strength envelope parameters.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-08-15T12:49:26Z No. of bitstreams: 1 136323.pdf: 2843991 bytes, checksum: 24d62b9bc15a3d42ac0fa9dda9d19208 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-15T12:49:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 136323.pdf: 2843991 bytes, checksum: 24d62b9bc15a3d42ac0fa9dda9d19208 (MD5) Previous issue date: 1974-07 / Análise bidimensional, estática de Barragens de Terra é realizada pelo Método dos Elementos Finitos, usando-se elementos isoparamétricos. Faz-se um estudo do método e elemento utilizado juntamente com a elaboração de um programa automático. Comentários sobre simulações lineares e não lineares da construção de barragens são feitos e alguns exemplos apresentados. Simula-se com o programa automático o enchimento do reservatório em um modelo. Um estudo da influência dos parâmetros elásticos é realizado. São ainda feitas algumas sugestões quanto à aplicações do método a Barragens de Terra e dos ensaios especiais a serem realizados em laboratório. / Static, two-dimensional analysis of earth dams is conducted by the Finite Element Method, using isoparametric elements. A study of the method and element used is made and a computer program is developed. Comments on linear and non linear simulations of an earth dam construction are made; some examples are shown. The effect of reservoir filling on a model is simulated with the computer program. A study of the influence of the elastic parameter's is made. Sugestions about the application of the method to earth dams and special tests to be made in laboratory are also made.

O crescimento do número de Barragens de Enrocamento com Face de Concreto (BEFC) no Brasil e no mundo e os problemas relacionados com a movimentação da face motivaram o desenvolvimento deste estudo sobre o comportamento mecânico do enrocamento. Geralmente, as previsões dos movimentos diferenciais do maciço são feitas com base nas características de deformabilidade do material. Este trabalho apresenta um estudo de tensão-deformação de enrocamento baseado em análise numérica de uma seção de barragem de grande altura, com o objetivo de definir o estado e as trajetórias de tensões que influenciam os valores dos parâmetros de deformabilidade. Baseado nas condições de carregamento previstas para o maciço de enrocamento, foi desenvolvida a programação e as metodologias dos ensaios laboratoriais. A partir dos resultados destes ensaios foi possível estimar os parâmetros de deformabilidade do enrocamento a serem utilizados em estudos tensão-deformação. / The important growth in the number of Concrete Face Rockfill Dams (CFRD\'s) in Brazil and in the World, and the reported problems related to movements of the concrete slab, motivated the present study of mechanical behavior of the rockfill. In general, predictions of the differential movements within the rockfill mass are based on the deformation properties of the rockfill materials. This work presents a stress-strain study of the rockfill mass, based on a numerical analysis of a high dam cross section, aiming to define the stress state and stress paths that influence the deformability parameters. Based on the loading condition estimated for the rockfill mass, the program and the methodology for the laboratorial tests was set. From these test results it was possible to estimate the deformability parameters of the rockfill to be used in stress-strain analysis.

[pt] Este trabalho descreve a montagem, calibração e instalação de 80 (oitenta) eletroníveis na face de concreto da Barragem de Mazar, que consiste em uma Barragem de Enrocamento com Face de Concreto de 166 m de altura localizada na parte sudeste do Equador, no rio Paute. A barragem possui taludes a montante de 1,4(H):1,0(V) e a jusante de 1,5(H):1,0(V), com volume de enrocamento de 5.000.000 m3. Os eletroníveis foram instalados ao longo de quatro seções na face de concreto em diferentes etapas do processo construtivo da barragem, permitindo a observação do comportamento deste elemento de vedação desde o inicio da construção. Para a interpretação foram desenvolvidas rotinas que possibilitaram, além da automatização, a criação de uma interface gráfica para acompanhamento. Os resultados indicaram com precisão os deslocamentos da face e acusaram regiões críticas com relação à atuação de momentos fletores, ratificando a importância do monitoramento da face de concreto desde o início da sua execução. / [en] This thesis describes the procedures involved in the montage, calibration and installation of 80 (eighty) electro-levels on the concrete face of Mazar’s dam, located in the Paute river, southeast of Ecuador. This dam consists of a Concrete Face Rockfill Dam 166m high and it has upstream slopes of 1.4(h):1.0(v) and downstream slopes of 1.5(h):1.0(v). The rockfill volume is 5000000 m3. Electro-levels were installed throughout 4 sections on the concrete face in different phases of the dam construction, allowing the behavior observation of its concrete face since the beginning of the construction. For the interpretation of the results, some routines were developed to allow not only the automation of the process but also the development of graphic interface for following the process. The results indicated with precision the face displacements and showed critical regions related to the bending moment, which confirms the importance of monitoring the concrete face during all the construction stages.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-07-27T13:47:11Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mateus Porto Fleury - 2018.pdf: 9102583 bytes, checksum: 40d5daa4efc28f9073bc7aace7846d2a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-07-27T13:55:25Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mateus Porto Fleury - 2018.pdf: 9102583 bytes, checksum: 40d5daa4efc28f9073bc7aace7846d2a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-27T13:55:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mateus Porto Fleury - 2018.pdf: 9102583 bytes, checksum: 40d5daa4efc28f9073bc7aace7846d2a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-05-11 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The impacts caused by waste generation from construction industry stimulate the adoption of techniques that made the recycled construction and demolition wastes (RCDW) an attractive filling material for the geotechnical purpose. The utilization of this new construction material with geosynthetics in reinforced soil structure (RSS) shows a promising path related to environmental and technical aspects, once the utilization of both materials can afford similar behavior as structures with natural aggregates. Despite this favorable scenario, it is essential to assess the mechanical damages on the reinforcement elements caused by the filling materials, which decrease its strength and compromise its behavior and functionality. In this way, this study aims to quantify the mechanical damages during installation caused by RCDW on geogrids by its reproduction in an experimental site plant. The site plant with precast concrete beams has been constructed to simulate constructive process of a RSS. Three different geogrids were adopted as reinforcement elements: one with polyvinyl alcohol (PVA) yarns and two with polyester (PET) yarns. Seven samples of RCDW were collected for laboratory technical characterization to assess the variability of the parameters relevant to the geotechnical application. It was investigated two installation damages mechanisms: i) launch height of the filling material, and ii) compaction procedures – with a vibratory roller and percussion equipment. Furthermore, it was evaluated the effects of a protection layer – with the same material (RCDW) – on the mechanical damages. The damages were quantified, with the adoption of statistical analysis, by reduction factors related to the ultimate tensile strength, as well as the modifications on the strain and stiffness (for 2% and 5% strains). The technical characterization of the RCDW samples revealed characteristics similar to gravels or sands, non-plastic behavior, and a considerable variability. The tensile strength reduction caused by compaction procedures prove to be more severe than the reductions caused by the launching height process. The abrasion damage can be considerate the major visual damage verified by the visual analysis of damaged specimens. It was concluded that the geogrids reduction factors caused by RCDW (related to installation damages) could be adopted to make feasible the utilization of these materials in RSS, taking in account the technical and environmental characteristics desired for this type of application. / Os impactos causados pelos resíduos da indústria da construção civil estimulam a adoção de técnicas de beneficiamento que tornam os resíduos de construção e demolição reciclados (RCD-R) atrativos como material de preenchimento em obras geotécnicas. Desse modo, a utilização conjunta desse novo material de construção com geossintéticos em estruturas de solo reforçado (ESR) mostra-se interessante quanto aos aspectos ambientais e técnicos, uma vez que o conjunto pode apresentar comportamento equivalentes aos de estruturas executadas com materiais convencionais. Contudo, apesar desse cenário positivo, faz-se fundamental investigar os danos mecânicos que o material de aterro pode causar ao elemento de reforço, o que pode contribuir para a diminuição de sua resistência e comprometer o seu desempenho e a sua funcionalidade. Nesse contexto, este estudo propôs quantificar os danos mecânicos de instalação gerados por RCD-R em geogrelhas por meio de sua reprodução em um experimento de campo. Para tanto, uma instalação experimental de peças pré-moldadas de concreto foi construída para simular os processos construtivos de uma estrutura de soloreforçado. Os elementos de reforço adotados consistiram de três diferentes tipos de geogrelhas – uma com fibra de álcool polivinílico (PVAL) e duas de poliéster (PET). Um total de sete amostras de RCD-R foram coletadas a fim de efetuar a sua caracterização em laboratório e verificar a variabilidade dos parâmetros de interesse para aplicação em obras geotécnicas. Buscou-se investigar a influência de dois condicionantes de dano de instalação: i) a altura de lançamento de material e ii) os processos de compactação – com rolo vibratório e à percussão. Investigou-se, também, o efeito do uso de uma camada de proteção – constituída do próprio RCD-R – nos danos mecânicos das geogrelhas. Os danos foram quantificados, com o auxílio de análise estatística, por meio de fatores de redução relacionados à resistência à tração de pico, assim como a alteração da deformação na ruptura e rigidezes (para deformações de 2% e 5%). A caracterização geotécnica das amostras de RCD-R revelou características semelhantes às observadas para solos pedregulhosos/arenosos, comportamento não plástico e variabilidade considerável. As reduções de resistência à tração decorrentes dos processos de compactação foram superiores em relação aos procedimentos de lançamento de material. As análises visuais das amostras danificadas revelaram que o dano de abrasão foi o principal dano visual observado. Conclui-se que os RCD-R apresentaram fatores de redução de resistência em geogrelhas, devido aos danos de instalação, que podem ser adotados de modo a viabilizar o uso destes materiais em ESR atendendo às caraterísticas técnicas e ambientais desejadas para esse tipo de obra.

[pt] A construção de Barragens de Enrocamento no Brasil tem se desenvolvido nas últimas décadas, por ser uma solução adequada para regiões onde há falta de solos finos e grande volume de escavações obrigatórias em rocha. Este desenvolvimento está relacionado tanto à quantidade de barragens construídas quanto ao incremento da altura das mesmas. A construção de protótipos de instrumentos para medição de deslocamentos neste tipo de barragem é de fundamental importância. Com a simulação das leituras em laboratório, torna-se possível implementar modificações no projeto, na construção, na instalação e na operação destes instrumentos, disponibilizando-se leituras mais acuradas e precisas, obtendo-se maior confiabilidade nos dados e, assim, informações mais consistentes sobre o comportamento das barragens. Além da elaboração de uma abrangente revisão bibliográfica sobre instrumentação geotécnica, foram estudados dois protótipos de instrumentos de medidas de deslocamento, Medidor Hidrostático de Recalques e Extensômetro Horizontal de Hastes Múltiplas. Ambos desenvolvidos no Laboratório de Engenharia Civil de Furnas, em Aparecida de Goiânia, estado de Goiás. Os resultados obtidos permitirão modificações na construção e instalação destes instrumentos. / [en] The number and height of rockfill dams in Brazil has been steadily growing, because rockfills constitute an adequate solution when the project requires a large volume of rock excavation and there is a lack of fine grained soils in the region. The development of new equipment for measuring displacements in these dams is of fundamental importance. Testing prototypes in the laboratory, under simulated field conditions, allows the researcher to implement modifications in the design characteristics and installation procedures for the instrument. As a result, measurements with higher accuracy and reliability are obtained and, consequently, higher safety for the dams. A comprehensive review of the literature on geotechnical instrumentation is presented. Two prototypes of displacement measuring devices have been studied and tested: a hydrostatic displacement cell and a multiple rods horizontal extensometer. Both were constructed and tested in the Civil Engineering Laboratory of Furnas, in Goiás, Brazil. The results and conclusions obtained will result in important modifications in the design and installation details of these instruments.