Orientador : Prof. Dr. Anselmo Chaves Neto / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 11/03/2016 / Inclui referências : f. 115-119 / Área de concentração : Programação matemática / Resumo: Este trabalho enfoca o monitoramento das respostas das estruturas de concreto dosblocos de contrafortes do Trecho D da barragem de Itaipu, por meio da análise dasséries dos sensores de monitoramento de deslocamentos das estruturas efundações de dois blocos da barragem e as séries temporais das condiçõesambientais no entorno da barragem. As técnicas de análise multivariada foramutilizadas para estudar as relações entre os deslocamentos e as condiçõesambientais, delimitadas pela temperatura superficial do concreto, temperaturaambiente e nível de água do reservatório. A análise de correlação canônica foiusada para avaliar a influência das variáveis ambientais nos deslocamentos dasestruturas e fundações da barragem. A aplicação da análise fatorial objetivou aidentificação das fontes de variabilidade dos dados e a ordenação dos sensores deacordo com a ação dos fatores. As datas das medições foram agrupadas conformeas similaridades presentes nas observações, por meio da aplicação da análise deagrupamentos. Em seguida, a análise discriminante foi usada para avaliar os gruposquanto à sua homogeneidade. Os resultados indicaram que as técnicas utilizadaspermitem distinguir as respostas da barragem e identificar os efeitos das variaçõesdas condições ambientais sobre os deslocamentos das estruturas e fundações dabarragem. Então, utilizando esses resultados como dados de entrada, criou-se oÍndice de Monitoramento Conjunto das Respostas dos Blocos da barragem (IMCRB),considerando a ação da temperatura ambiente e do nível de água do reservatório,com a finalidade de contribuir para o diagnóstico de mudanças no padrão decomportamento estrutural da barragem. Os valores obtidos para o IMCRB indicaramque o processo monitorado estava sob controle, era estável e que, portanto, asrespostas da barragem eram previsíveis. Dados atualizados foram utilizados para avalidação do método.Palavras-chave: Monitoramento de Barragens. Deslocamentos. CondiçõesAmbientais. Análise Multivariada. IMCRB. / Abstract: This work is focused on the monitoring of the responses of the concrete structures of the buttresses blocks of Sector D of the Itaipu dam, through the analysis of series of monitoring sensors of structural displacement and foundations of two blocks of the dam and the time series of environmental conditions in the dam surroundings. Multivariate analysis techniques have been used to study the relationship between displacement and environmental conditions, defined by the surface temperature of the concrete, ambient temperature and reservoir water level. The canonical correlation analysis was used to evaluate the influence of environmental variables on the displacement of structures and dam foundations. The application of factor analysis intended to identify the sources of variability in data and the ordering of the sensors according to the action of factors. The dates of the measurements were grouped according to the similarities present in the observations, by applying cluster analysis. Thereafter, the discriminant analysis was used to evaluate the groups as to their homogeneity. The results indicated that the techniques used allow the distinguish of the dam responses and identification of the effects of variations in environmental conditions on the displacements of structures and dam foundations. Then, using these results as input data, the Joint Monitoring Index Blocks Responses (JMIBR) of dam, considering the action of temperature and water level of the reservoir was created in order to contribute to the diagnosis of changes in the dam's structural behavior pattern. The values obtained for JMIBR indicated that the monitored process was under control, stable and, thus, the dam responses were predictable. Updated data were used for method validation. Keywords: Monitoring Dams. Displacements. Environmental Conditions. Multivariate Analysis. IMCRB.MultivariateAnalysis. IMCRB.

Orientador : Dr. Jair Mendes Marques / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 13/05/2016 / Inclui referências : f. 131-137 / Linha de pesquisa : Métodos estatísticos aplicados / Resumo: As construções de usinas hidrelétricas consistem em empreendimentos de grande relevância para o desenvolvimento econômico e social de um país. No entanto, esse é um tipo de obra que requer muita vigilância, pois a ocorrência de comportamentos anormais em sua estrutura podem resultar em consequências indesejáveis. Inspeções realizadas através de instrumentos de monitoramento é um dos mecanismos de avaliação da segurança de uma barragem. Leituras periódicas dos instrumentos geram conjuntos de dados estocásticos que fornecem importantes informações sobre sua saúde estrutural. Métodos matemáticos e estatísticos são de grande importância para o tratamento e análise dos dados, pois, possibilitam predições de possíveis anormalidades no comportamento da barragem. Assim, este trabalho propõe uma metodologia de análise de árvore de falhas, em que o conceito de falha é definido através da detecção e classificação automática de pontos de mudança no comportamento de séries temporais geradas por instrumentos de monitoramento instalados em uma barragem. A detecção automática dos pontos de mudança em uma série temporal consiste em uma abordagem neuro/fuzzy/bayesiana dividida em três etapas: clusterização dos pontos da série temporal a partir de um mapa auto-organizável de Kohonen; construção de um conjunto fuzzy que transforma a série temporal inicial, com distribuição arbitrária, em uma nova série com distribuição de probabilidade beta; a detecção dos pontos de mudança através de uma simulação de Monte Carlo via algoritmo de Metropolis-Hastings. O método para a classificação dos pontos de mudança detectados, em relação aos níveis de alerta, foi desenvolvido através da construção de um sistema de controle fuzzy baseado em informações subjetivas utilizadas por especialistas em segurança da barragem. Por fim, a proposta metodológica é aplicada em dados gerados por instrumentos de monitoramento instalados no bloco de contraforte D38, da estrutura de barramento da Usina Hidrelétrica de Itaipu, onde o método destacou como principal resultado a detecção da mudança e comportamento nas medidas dos instrumentos de monitoramento ocorridas no período de enchimento do reservatório, o que mostra a eficiência dos conceitos abordados. Assim, pode-se concluir que a análise fuzzy de árvore de falhas descrita neste trabalho pode ser considerada uma boa alternativa para o auxílio no gerenciamento da segurança de uma barragem. Palavras-chave: Segurança de Barragem, Análise de Árvore de Falhas, Redes de Kohonen, Conjuntos Fuzzy, Algoritmo de Metropolis-Hastings, Controlador Fuzzy, Medida de Importância. / Abstract: The construction of hydroelectric plants consist of highly relevant projects for economic and social development of a country. However, this is a kind of work which requires a lot of monitoring, because the occurrence of atypical behavior in structure can result in undesirable consequences. Inspections carried out by monitoring instruments is one of the safety assessment mechanisms of a dam. Periodic readings of the instruments generate sets of stochastic data provide important information about their structural health. Mathematical and statistical methods are of great importance for the processing and analysis of data therefore enable predictions of possible abnormalities in the dam behavior. Thus, this paper proposes a fault tree analysis methodology, in which the concept of failure is defined by detecting and automatic shift points classification in the time series behavior generated by monitoring instruments installed in a dam. Automatic detection of change points in a time series consists of a neuro/fuzzy/bayesian approach divided into three steps: clustering of points in the time series from a self-organizing map of Kohonen; construction of a fuzzy set that transforms the initial time series with arbitrary distribution on a new series with beta probability distribution; detection of change points through a Monte Carlo simulation via Metropolis-Hastings algorithm. The method for classification of detected shift points in relation to alert levels, is developed by building a fuzzy control system based on subjective information used for dam safety experts. Finally, the proposed methodology is applied to data generated by monitoring instruments installed on the buttress block D38, the bus structure of Itaipu Hydroelectric Power Plant, where the method highlighted as main result the detection of change and behavior in measures of instruments monitoring occurred in the filling period of the container, which shows the efficiency of the discussed concepts. Thus, it can be concluded that the fuzzy analysis of fault tree described in this work could be a good alternative for assistance in security management of a dam. Key-words: Dam Safety, Fault Tree Analysis, Kohonen Networks, Fuzzy Sets, Metropolis-Hastings algorithm, Fuzzy Controller, Importance Measure.

Resumo: O mundo enfrenta hoje grandes desafios para minimizar os danos provenientes de catástrofes naturais. Mas, o homem com a sua inteligência divina e sábio conhecimento não poupa esforços na construção de grandes estruturas para diversas finalidades. E para que danos potenciais associados, médios ou altos, em termos econômicos, sociais, ambientais ou perdas de vidas humanas provenientes da ruptura de grandes estruturas não sejam adicionadas às provenientes de catástrofes naturais, várias técnicas de monitoramento vem sendo desenvolvidas. É neste contexto que se busca projetar, implantar e analisar uma estação GNSS de monitoramento contínuo na barragem da usina hidrelétrica de Mauá. Esta barragem foi construída utilizando CCR-Concreto Compactado a Rolo e localiza-se no rio Tibagi, entre os municípios de Telêmaco Borba e Ortigueira no estado do Paraná- Brasil. É uma barragem de médio porte, com 85 m de altura e 745 m de comprimento da crista. Um receptor GNSS foi instalado na ombreira esquerda da barragem e os dados além de serem gravados no cartão SD, são também enviados continuamente para um local FTP criado no servidor FTP da COPEL - Companhia Paranaense de Energia. Estes dados foram processados pelo método relativo estático com as estações PRGU de Guarapuava, PRMA de Maringá e UFPR de Curitiba, pertencentes a RBMC - Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo, através do software Leica Geo Office versão 8.2. Os resultados desta pesquisa sugerem a implantação de uma estação de referência mais próxima ou no entorno da barragem a fim de melhorar a qualidade das coordenadas e consequentemente tornar este sistema de monitoramento mais robusto.

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Orientadora : Profª. Drª. Adriana de Paula Lacerda Santos / Co-orientador : Prof. Dr. José Marques Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Construção Civil. Defesa: Curitiba, 06/06/2014 / Inclui referências / Area de concentração : Ambiente construído / Resumo: Diversas barragens no mundo já romperam, provocando danos ambientais, sociais e econômicos. A preocupação em evitar futuros desastres impulsionou a criação de legislação governamental em diversos países, que no caso do Brasil entrou em vigor com a Lei n° 12.334/2010, a qual estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens (PNSB). De maneira geral, esta política obriga os responsáveis a investirem na preservação de suas estruturas e no aprimoramento de seus sistemas de monitoramento, de forma a proporcionarem respostas mais rápidas e objetivas. Como ferramentas do monitoramento, as inspeções visuais propiciam a avaliação global da performance das estruturas, enquanto a instrumentação de auscultação agrega informações pontuais sobre mudanças operacionais ou de comportamento, provendo um alarme quando um indicador de desempenho exceder os limites estabelecidos como aceitáveis. Estes valores limites podem ser definidos através de métodos estatísticos, baseados na relação entre as medidas dos instrumentos e outras variáveis, como o nível do reservatório, período do ano ou medida de outros instrumentos. Além dos parâmetros de projeto (subpressão da fundação, deslocamentos, entre outros), a instrumentação de barragens também pode ser utilizada para monitorar o comportamento de manifestações patológicas. Especificamente em barragens de concreto gravidade, dentre as principais causas do surgimento de fissuras, destacam-se as alterações volumétricas geradas pelos fenômenos de origem térmica no concreto, que estão associados ao processo construtivo destas estruturas. Com base nisso, o objetivo geral desta pesquisa foi propor um processo de monitoramento do comportamento das fissuras térmicas em barragens de concreto gravidade, por meio da análise dos dados de instrumentação e no estabelecimento de valores de controle. Para isso, foi selecionada como estudo de caso a fissura do bloco B- 11 da barragem da Usina Hidrelétrica Governador José Richa (GJR), que foi identificada antes mesmo do enchimento do reservatório, em agosto de 1998, e onde foram instalados fissurômetros e termômetros superficiais para o seu monitoramento. Embora estes instrumentos tenham sido instalados em maio de 2004, a pesquisa restringiu os estudos aos últimos 4,5 anos (de junho de 2009 a novembro de 2013), pois neste período todos os instrumentos já estavam calibrados e produziram dados confiáveis. O método adotado baseou-se em procedimentos simples de cálculo de correlação linear simples, para o entendimento das interações existentes entre as séries temporais dos instrumentos, verificando-se os tempos de resposta entre eles. A partir das melhores correlações foram estabelecidos os diagramas de dispersão, que subsidiaram a determinação dos valores limites de controle. Dentre os resultados encontrados destaca-se que existe forte ou muito forte correlação entre a temperatura ambiente, as leituras dos fissurômetros e as leituras do medidor de vazão. Com base nos resultados desta análise estatística, foi possível desenvolver, satisfatoriamente, uma ferramenta de monitoramento do comportamento da fissura em estudo. Desta forma, foi atendido o objetivo da pesquisa de desenvolver uma proposta de processo de monitoramento do comportamento das fissuras térmicas em barragens de concreto gravidade. Palavras-chave: Segurança de barragens; monitoramento; instrumentação; barragem de concreto gravidade; fissuras de origem térmica; correlação linear simples; valores de controle. / Abstract: Several dams in the world have already collapsed, causing environmental, social and economic damage. The concern to avoid future disasters has stimulated the creation of legislation in many countries. In Brazil, law 12.334/2010 was created, which establishes the National Policy on Safety of Dams. Overall, this policy requires keepers to invest in the preservation of their structures and to improve its monitoring systems in order to provide faster and straightforward responses. As monitoring tools, visual inspections provide a comprehensive assessment of the structures’s performance, while auscultation’s instrumentation adds specific information on operational or behavioral changes, providing an alarm when a performance indicator exceeds the acceptable limits. These limits can be set using statistical methods based on the relationship between instruments’s measures and other variables, such as reservoir level, time of year or others instruments measuring. Besides the design parameters (uplift foundation, displacements, etc.), the dam’s instrumentation can also be used to monitor the behavior of pathological manifestations. Specifically in concrete gravity dams, one of the main causes for the appearance of cracks, are the concrete’s volumetric changes generated by the thermal origin phenomena, which are associated with the construction process of these structures. Based on this, the goal of this research is to propose a monitoring process of the thermal cracking behavior in concrete gravity dams, through the instrumentation data analysis and the establishment of control values. Therefore, as a case study was selected the Block B- 11’s crack at Governador José Richa (GJR) Dam’s Power Plant, which was identified even before filling the reservoir in August’ 1998, and where were installed crackmeters and surface thermometers for its monitoring. Although these instruments were installed in May 2004, the research was restricted to study the last 4.5 years (June 2009 to November 2013), when all the instruments were calibrated and producing reliable data. The adopted method is based on simple linear correlation’s procedures to understand the interactions between the instruments’s time series, verifying the response times between them. The scatter plots were made from the best correlations, which supported the definition of the limit control values. Among the findings it is noteworthy that there is a strong or very strong correlation between ambient temperature and the crackmeters and flowmeters measurements. Based on the results of the statistical analysis, it was possible to satisfactorily develop a tool for monitoring the behavior of the case study cracks. Thus it was fulfilled the goal of the research to develop a proposal for a monitoring process of the behavior of thermal cracking in concrete gravity dams. Keywords: Dams Safety; monitoring; instrumentation; concrete gravity dam; thermal origin crack; simple linear correlation; control values.

Orientador : Prof. Dr. Jair Mendes Marques / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba,01/04/2016 / Inclui referências : f. 108-114 / Área de concentração : Programação matemática / Resumo: Um plano de instrumentação detalhado é uma das formas de verificar as reais condições de segurança apresentadas por uma estrutura. O objetivo dessa pesquisa foi desenvolver uma metodologia para análise de risco em blocos de concreto de barragens altamente instrumentadas através da análise fatorial. Na metodologia proposta identificou-se os instrumentos que são altamente correlacionados, e, com a aplicação da análise fatorial, determinou-se os fatores latentes que podem estar associados às anomalias na estrutura. A partir dos dados, testes estatísticos foram aplicados para confirmação das hipóteses necessárias. Comprovadas as hipóteses testadas utilizou-se os resultados como base para a determinação de uma função de desempenho multivariada para a análise de confiabilidade estrutural, assumindo que a estrutura do bloco constitui um sistema altamente interligado, possibilitando o monitoramento dos modos de falha e o cálculo de estimativas da probabilidade dos eventos de falha do sistema. Para o caso do bloco-chave de Itaipu, obteve-se cinco modos de falhas e suas regiões críticas, o que possibilita o monitoramento dessas anomalias e as estimativas de suas probabilidades de falha. Com os resultados obtidos pode-se concluir que o método é eficiente quando aplicado a um bloco de concreto instrumentalizado. / Abstract: A detailed instrumentation plan is one way to verify the actual security conditions presented by a structure. The objective of this research was to develop a methodology for risk analysis in concrete blocks of highly instrumented dams through factor analysis. In the proposed methodology it was identified instruments that are highly correlated, and with the application of factor analysis, it was determined the latent factors that may be associated with abnormalities in the structure. From the data, statistical tests were used to confirm the necessary hypothesis. Proven the tested hypotheses it was used results as a basis for determining a multivariate performance function for the analysis of structural reliability, assuming that the block structure is a highly interconnected system enabling monitoring of failure modes and calculating estimates of the probability of system failure events. In the case of Itaipu the key block, was obtained five failure modes and their critical regions, which enables the monitoring of these anomalies and estimates of their failure probabilities. With these results we can conclude that the method is effective when applied to a concrete block instrumented.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2018. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). / Em engenharia de barragens, é indispensável a observância de condições rigorosas de segurança pois, dependendo do porte, seu rompimento causa graves prejuízos, diretos (como perdas de vidas humanas, danos materiais na barragem e nas zonas inundadas) e indiretos (como paralisação das atividades econômicas no local e a jusante, perda de energia elétrica que seria gerada na barragem rompida e em outras e danos físicos e/ou psicológicos aos sobreviventes). A barragem deve possuir estabilidade adequada para suportar com segurança os carregamentos (normais e extremos) de projeto. Dentre os eventos extremos a que uma barragem deve resistir, há o sismo. Quando a barragem vibra, a água também participa do movimento, portanto, durante a ação de um sismo, é de fundamental importância a consideração da interação dinâmica entre a estrutura e o fluido. Além disso, os efeitos da rocha de fundação da resposta ao terremoto de barragens são significativos e devem ser considerados em uma análise dinâmica. Este trabalho apresenta respostas (deslocamentos e tensões) de uma barragem em arco com dupla curvatura (barragem Morrow Point), incluindo a interação barragem-reservatório-fundação, submetida a um movimento do solo (terremoto de Taft Lincoln School Tunnel). Em todas as análises realizadas, utilizou-se o software ANSYS, baseado no método numérico dos elementos finitos e os resultados computados foram comparados com os disponíveis na literatura. Para atenuação das ondas espúrias de reflexão, foi utilizado elemento absorvedor no domínio finito do reservatório e camadas absorventes no domínio finito da fundação. A aplicação do sismo foi feita pela técnica de deconvolução. Como resultado final foi feita a análise completa da resposta da barragem devido ao seu peso, a pressão hidrostática e ação sísmica. A relação do módulo de Young da fundação pela barragem é igual a 1 sendo considerados todos os efeitos da interação barragem-fundação, o reservatório foi assumido como cheio e o coeficiente de reflexão da onda no contorno do reservatório foi selecionado como 0,5, sendo que a tensão de tração máxima encontrada foi de 3,69 MPa na direção do arco na ombreira inferior direita (1/5 da altura) na face montante da barragem. / In dam engineering, it is indispensable to observe strict safety conditions, since, depending on the size, its disruption causes direct (such as loss of human life, damage to the dam and flooded areas) and indirect (such as a stoppage of activities, loss of electrical energy that would be generated in the ruptured dam and others and physical and / or psychological damage to the survivors) serious damages. The dam must have adequate stability to safely withstand (normal and extreme) design loads. Among the extreme events to which a dam must resist, there is the earthquake. When the dam vibrates, water also participates in the movement, so during the action of an earthquake, it is of fundamental importance to consider the dynamic interaction between the structure and the fluid. In addition, the rock foundation effects of quake response to dams are significant and should be considered in a dynamic analysis. This work presents responses (displacements and stresses) of a double-curved arc dam (Morrow Point dam), including the dam-reservoir-foundation interaction undergoing a ground movement (Taft Lincoln School Tunnel earthquake). In all analyzes, the ANSYS software was used, based on the numerical method of the finite elements and the computed results were compared with those available in the literature. For attenuation of the reflection spurious waves, absorber element was used in the finite domain of the reservoir and absorbent layers in the finite domain of the foundation. The earthquake was applied by the deconvolution technique. As a final result, a complete analysis of the dam response was made due to its weight, hydrostatic pressure and seismic action. The ratio of the Young's modulus of the foundation to the dam is equal to 1 considering all the effects of the dam-foundation interaction, the reservoir was assumed to be full and the reflection coefficient of the wave in the contour of the reservoir was selected as 0.5, being that the maximum tensile stress found was 3.69 MPa in the arch direction at the lower right side (1/5 of the height) at the face of the dam.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T00:22:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 292960.pdf: 8107987 bytes, checksum: de57fba601b6647b578161cebd9caddc (MD5) / O emprego de modelagem computacional por meio do Método dos Elementos Finitos (MEF) se faz necessário no projeto de barragens de gravidade de concreto, quando se deseja considerar a deformabilidade da fundação e as subpressões por meio de critérios mais aprofundados, e/ou quando na existência de planos de descontinuidades em fundações de barragens, dentre outros. No entanto, as verificações de estabilidade global de barragens de gravidade de concreto por meio de modelagem computacional pelo MEF ainda suscita dúvidas e discussões. As pesquisas relacionadas ao assunto são de diferentes enfoques e áreas de conhecimento e muitas vezes não geram de imediato contribuições para o projeto de BGC por não abordarem a visão geral do problema. Este trabalho tem como objetivo apresentar uma visão geral do problema de projeto de BGC e discutir metodologias para a análise computacional dessa estrutura. A visão geral do problema é feita a partir de um levantamento do "estado da arte" de projeto de BGC, incluindo alguns aspectos que são importantes e não são abordados nas referências pesquisadas. Em seguida, a visão geral do problema é utilizada para a discussão de metodologias de projeto de BGC por meio de programas computacionais. Em suma, mostra-se que as metodologias para a modelagem computacional de BGC e respectivos casos de carregamentos, com enfoque de projeto, envolvem uma previsão de fenômenos nos modelos numéricos muito maior do que a modelagem computacional segundo as publicações do Comitê Ad Hoc Sobre Aspectos Computacionais de Análise e Projeto de Barragens - CIGB/ICOLD. Apesar de não desenvolver e aplicar todas as teorias abordadas, este trabalho traz contribuições importantes para o projeto de barragens de gravidade de concreto, como a sistematização da validação e justificação dos modelos para projeto e a identificação dos aspectos que ainda precisam de maiores estudos para serem aplicados em projeto e pesquisa, entre outros. / Computational modeling by means of the Finite Element Method (FEM) is required in the design of concrete gravity dams (CGDs) when, for example, the deformability of the foundation and the uplift pressure are considered by means of more refined criteria and/or there are discontinuity planes in the dam foundations. However, the verification of the global stability of CGDs by means of computational modeling by FEM still raises doubts and discussions. Studies related to this subject have adopted different approaches and areas of knowledge and often do not generate immediate contributions to the design of CGDs since they do not consider an overview of the problem. The aim of this thesis is to present an overview of the problem of CGD design and discuss the methodologies available for structural computational analysis. A general overview of the problem is gained from a survey of the state of the art of CGD design, including some aspects that are important but have not been dealt with in the relevant publications. This overview of the problem is then used as a basis for the discussion of the methodologies available for CGD design by means of computational methods. In summary, it is demonstrated that the methodologies applied in the computational modeling of CGDs and the respective cases of loading, focusing the design aspects, involve predictions of the numerical modeling phenomena which are much greater than those of the computational modeling carried out according to the publications of the Ad Hoc Committee on Computational Aspects of Analysis and Design of Dams - ICOLD. Although all of the theories approached are not developed and applied, this study provides important contributions to the design of CGDs, including the systematization of the validation of models for design and the justification of their application, as well as the identification of the aspects that still require further study in order to be successfully applied in design and research, among others.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. / Made available in DSpace on 2012-10-20T15:28:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 201808.pdf: 2711914 bytes, checksum: 3c5f8d6f899936725ff497819996a227 (MD5) / As principais etapas de projeto de barragens de gravidade de concreto correspondem às verificações de estabilidade global e de tensões atuantes, em planos potenciais de ruptura (contato concreto-rocha e descontinuidades na fundação). Para isto, adotam-se usualmente métodos analíticos simplificados, os quais assumem distribuições de tensões lineares nos planos potenciais de ruptura. Métodos numéricos, tal como o Método dos Elementos Finitos (MEF), podem representar melhor a real distribuição de tensões, levando a resultados mais precisos. Entretanto, ainda não é prática usual de projeto de barragens de gravidade de concreto. Neste trabalho, investiga-se a distribuição de tensões nos planos potenciais de ruptura de barragens de gravidade de concreto. O MEF é utilizado e os resultados obtidos das análises numéricas são comparados com os resultados de métodos simplificados. Os principais objetivos são avaliar a influência da deformabilidade da fundação nas verificações de tensões e de estabilidade em potenciais de ruptura, bem como definir procedimentos de verificações de tensões e de estabilidade através do MEF. Para investigar a deformabilidade da fundação, são realizados estudos paramétricos variando as propriedades mecânicas da fundação em análises por elementos finitos, assumindo que o concreto e a rocha de fundação têm comportamento elástico-linear. Uma seção transversal hipotética, assim como planos de descontinuidades, são adotados para modelagem por elementos finitos de barragem de gravidade de concreto. A partir das análises paramétricas, obtém-se diagramas de tensões na interface concreto-rocha e nos planos de descontinuidades. Em seguida, é empregado um critério simplificado de propagação de fratura, através da introdução de aberturas localizadas na malha de elementos finitos, passo a passo, até que a configuração de equilíbrio estável seja encontrada. As tensões obtidas pelas análises por elementos finitos são utilizadas para verificações de estabilidade global e local e também para comparações com verificações realizadas através de métodos analíticos simplificados. As comparações fornecem fortes indicativos que análises por métodos refinados são necessárias para verificações de estabilidade mais precisas e podem trazer mais segurança e economia ao projeto de barragens de gravidade de concreto. Sugestões para pesquisas futuras são apresentadas ao final do trabalho.

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.