Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2007. / Submitted by Debora Freitas de Sousa (deborahera@gmail.com) on 2009-08-18T17:43:53Z No. of bitstreams: 1 Tese_AdrianoFrutuosoSilva.pdf: 3627822 bytes, checksum: f2a5d7ae41f28d53c14218be8867eab4 (MD5) / Approved for entry into archive by Tania Milca Carvalho Malheiros(tania@bce.unb.br) on 2009-08-19T11:50:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_AdrianoFrutuosoSilva.pdf: 3627822 bytes, checksum: f2a5d7ae41f28d53c14218be8867eab4 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-08-19T11:50:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_AdrianoFrutuosoSilva.pdf: 3627822 bytes, checksum: f2a5d7ae41f28d53c14218be8867eab4 (MD5) Previous issue date: 2007-08-16 / As barragens de enrocamento com face de concreto (BEFC) têm sido construídas com freqüência crescente em todo mundo. Apesar disso, os critérios de projeto são ainda predominantemente empíricos baseados na experiência prática obtida de obras já construídas. A utilização da análise numérica ainda não é uma ferramenta usual para o desenvolvimento e dimensionamento desse tipo de barragem. Visando reduzir o empirismo dos projetos, a presente pesquisa propõe uma metodologia para análise do comportamento de BEFC e dimensionamento estrutural da laje, baseada nos seguintes aspectos: análise numérica tridimensional de todas as fases de projeto da barragem (construção, enchimento e rebaixamento); comportamento conjunto do maciço e face de concreto; elemento de interface para representar o contato entre essas estruturas; simulação separada da laje com elementos de placas sobre base elástica, usando coeficientes de recalque calibrados a partir das análises numéricas para fase de enchimento. Para validação dessa metodologia foi feita uma análise da barragem Barra Grande. Nessas análises, o enrocamento foi modelado com modelo elastoplástico Cam-Clay modificado, a laje com o modelo elástico linear e a interface foi representada por um modelo elástico-perfeitamente plástico com critério de ruptura de Drucker-Prager. Os resultados permitiram observar a influência do processo construtivo, das condições de contorno impostas na interface maciço-ombreira e da mudança de inclinação do talude da ombreira no comportamento da barragem e da laje, resultando em um dimensionamento da laje mais otimizado em termo de taxa de armadura. Portanto, este trabalho apresenta-se como mais um avanço no sentido de propiciar projetos de BEFC mais elaborados, baseados em fundamentos técnicos racionais. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Concrete Face Rockfill Dams (CFRD) have been constructed with increasing frequency all around the world. However, design criteria still are mostly empirical and based on practical experience obtained during the construction of this type of dam. The use of numerical analyses is not yet a usual tool in the development and design of CFRD. Aiming to reduce the design empiricism, this research proposes a methodology to analyze the CFRD behavior and to design the structural concrete face, based on the following aspects: three-dimensional numerical analysis of all design phases (construction, reservoir filling and rapid drawdown); associated analysis of the concrete face and the rockfill dam mass; interface element to represent the contact between these structures; separated analysis of concrete face with plate elements over an elastic bases, using settlement coefficients calibrated from the numerical analysis during reservoir filling phase. The methodology was validated using Barra Grande Dam as a case study. In these analyses, the rockfill was simulated with the Modified Cam- Clay elastoplastic model, the concrete face with a linear elastic model and the interface represented by an elastic-perfectly plastic model with the Drucker-Prager failure criterion. The results highlight the influence of the construction process, imposed boundary conditions on the shoulders interface and the changes in shoulder slope on the whole dam behavior, resulting in an optimized concrete face design regarding the rate of steel reinforcement. Therefore, this research represents a contribution to CFRD design, based on a rational technical framework.

O modelo cam-clay modificado foi aplicado aos resultados experimentais obtidos para um solo arenoso típico da cidade de São Carlos. Os ensaios de compressão triaxial foram conduzidos em equipamento moderno, com instrumentação interna, segundo distintas trajetórias de carregamento. Verificou-se que os resultados obtidos em termos de modelagem foram satisfatórios, principalmente quando a tensão octaédrica (p\') foi diminuida durante os carregamentos. Nesse caso, tanto em termos de modelagem como de resultados experimentais, houve expansão de volume do solo. Com o aumento da tensão octaédrica, verificou-se a ocorrência de compressão volumétrica do solo. Observou-se que o modelo apresenta uma previsão de deformações axiais maiores do que as observadas experimentalmente nas trajetórias de -30, -50, 30, 40, 50, 60, 120 graus e no ensaio triaxial convencional com \'sigma\' 3 = 100 kPa. Além disso, determinou-se a superfície inicial de plastificação do solo utilizando-se dois critérios que tenderam a fornecer valores de tensão de cedência aproximadamente iguais, notando-se que a condição de fluxo associado não é obedecida. / The modified cam-clay model was used to model experimental results of a sandy soil from São Carlos - SP. Triaxial compression tests were performed using Bishop - Wesley cell with internal transducers to measure axial and radial strains. It was observed that the model fairly fitted experimental results, specially when medium effective stress (p\') is reduced during loading. In this case, both the model and the experimental results, showed volume increase. When (p\') increases the model and the tests showed a tendency to give volumetric compression, although the values were differents. The model yielded strains larger than that measured in the tests when the stress-paths were of -30, -50, 30, 40, 50, 60, 120 degrees and in axial compression test with 100 kPa of confining pressure. Besides that, initial yield surface of soil was calculated from test results using two different criteria which gave about the same yield stress and it is show that normality rule was not satisfied in this soil.

O modelo cam-clay modificado foi aplicado aos resultados experimentais obtidos para um solo arenoso típico da cidade de São Carlos. Os ensaios de compressão triaxial foram conduzidos em equipamento moderno, com instrumentação interna, segundo distintas trajetórias de carregamento. Verificou-se que os resultados obtidos em termos de modelagem foram satisfatórios, principalmente quando a tensão octaédrica (p\') foi diminuida durante os carregamentos. Nesse caso, tanto em termos de modelagem como de resultados experimentais, houve expansão de volume do solo. Com o aumento da tensão octaédrica, verificou-se a ocorrência de compressão volumétrica do solo. Observou-se que o modelo apresenta uma previsão de deformações axiais maiores do que as observadas experimentalmente nas trajetórias de -30, -50, 30, 40, 50, 60, 120 graus e no ensaio triaxial convencional com \'sigma\' 3 = 100 kPa. Além disso, determinou-se a superfície inicial de plastificação do solo utilizando-se dois critérios que tenderam a fornecer valores de tensão de cedência aproximadamente iguais, notando-se que a condição de fluxo associado não é obedecida. / The modified cam-clay model was used to model experimental results of a sandy soil from São Carlos - SP. Triaxial compression tests were performed using Bishop - Wesley cell with internal transducers to measure axial and radial strains. It was observed that the model fairly fitted experimental results, specially when medium effective stress (p\') is reduced during loading. In this case, both the model and the experimental results, showed volume increase. When (p\') increases the model and the tests showed a tendency to give volumetric compression, although the values were differents. The model yielded strains larger than that measured in the tests when the stress-paths were of -30, -50, 30, 40, 50, 60, 120 degrees and in axial compression test with 100 kPa of confining pressure. Besides that, initial yield surface of soil was calculated from test results using two different criteria which gave about the same yield stress and it is show that normality rule was not satisfied in this soil.

[pt] A predição da permeabilidade é uma etapa crítica no fluxo de caracterização e modelagem geológica de reservatórios e essencial para o desenvolvimento de projetos de produção. Estruturas subsísmicas denominadas bandas de deformação (BD) podem diminuir a permeabilidade em até seis ordens de grandeza em relação à rocha matriz de reservatórios areníticos e podem, dessa forma, atuar como barreiras totais ou parciais ao fluxo de fluidos. O presente trabalho pretende contribuir na determinação do comportamento hidráulico de reservatórios propondo um modelo geomecânico analítico para a predição de BD em reservatórios de arenitos. Em termos práticos, o objetivo é prever se em uma determinada porção de um depósito siliciclástico de hidrocarboneto foram atingidas condições para a formação de BD, ou quão próximo se está de uma possível geração dessa feição a fim de se sugerir uma análise da redução de permeabilidade. A proposta se estende na implementação computacional do método e sua aplicação em um estudo de caso de um reservatório arenítico pouco consolidado da margem continental brasileira rico em BD. Os resultados confirmaram a viabilidade do método mostrando que a porção do reservatório analisada atingiu as condições mecânicas para a gênese de BD a partir da idade geológica intitulada de Oligoceno (~ 23 a 35 Ma) para os cenários estabelecidos. / [en] The permeability prediction is a critical step in the flow of geological modeling and reservoir characterization and is essential for the development of production projects. Sub-seismic structures called deformation bands (BD) can reduce permeability up to six orders of magnitude in relation to the host reservoir sandstone and can thus act as total or partial barriers to the fluid flow. The present work intends to contribute in the determination of the hydraulic behavior of reservoirs proposing an analytical geomechanical model for BD s prediction in sandstone reservoirs. In practical terms, the objective is to predict whether the conditions in a given portion of a siliciclastic hydrocarbon deposit have been reached for the localization of BD or how close it is to a possible generation of this feature in order to suggest an analysis of the permeability reduction. The proposal extends to the computational implementation of the method and its application in a case study of a poorly consolidated sandstone reservoir on the brazilian continental margin, rich in BD. The results confirmed the viability of the method by showing that the portion of the analyzed reservoir reached the mechanical conditions for the genesis of BD from the geological age entitled Oligocene (~ 23 to 35 Ma) for the established scenarios.