PROPAGAÇÃO DE ONDAS EM BARRAGENS PELO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS: ESTUDO PARAMÉTRICO COM MODELOS LINEARES

Abstract

The quality of design relative to seismic actions depends on the ability to predict the behaviour of structures during earthquakes, which is often simulated by simplified methods that may incorporate significant errors. In the case of earth dams, both theoretical analyses and real observations show that their geometry has a relevant effect on the propagation of seismic waves, only reproducible by two-dimensional analyses. Another difficulty is the choice of a model of the soil behaviour compatible with the predictable deformation level. This work aims, in a first phase, to validate the numerical software used in the work (Quake/W), by comparing its results with those of the analytical solution of Kramer and with those of a one-dimensional site analysis software (DEEPSOIL). With the cases developed in the paper it is possible to verify that there is inconclusive information regarding the induction of numerical damping by Quake/W. Moreover, it is possible to conclude that due to the non-linearity of the problem, the different formulation of each software, the choice of parameters or even the choice of the earthquake itself have a direct influence on the response that each model presents. Additionally, in a second phase, two-dimensional cases are discussed and analysed in order to understand the influence the geometric effects of a trapezoidal embankment, also presenting a parametric study with the variation of some parameters in order to explore its influence on the geometry of the problem. In this section it was possible to conclude that, in a global way, all the studied parameters demonstrate to have a dominant role in the description of the wave propagation phenomenon. However, the evaluations of the influences of the initial stiffness, the model height and the amplitudes of the seismic acceleration are concluded to be the most critical parameters of the whole parametric study of the two-dimensional analysis.

A qualidade do dimensionamento às ações sísmicas depende da capacidade para prever o comportamento das estruturas durante os sismos, o qual se procura muitas vezes simular através de métodos simplificados que podem incorporar erros significativos. No caso das barragens de terra, tanto análises teóricas como observações reais mostram que a sua geometria tem um efeito relevante sobre a propagação das ondas sísmicas, só reprodutível por análises bidimensionais. Uma outra dificuldade, é a escolha de um modelo de comportamento de solo compatível com o nível de deformação previsível. Este trabalho visa, numa primeira fase, validar do software de cálculo numérico utilizado no trabalho (Quake/W), através da comparação dos seus resultados com os da solução analítica de Kramer e com os de um software de análise de sítio unidimensional, nomeadamente DEEPSOIL. Com os casos desenvolvidos no trabalho é possível verificar que existem informações inconclusivas relativamente à indução de amortecimento numérico pelo Quake/W. Além disso, é possível concluir que devido à a não linearidade do problema, a diferente formulação de cada software, a escolha dos parâmetros ou até a própria escolha do sismo têm influência direta na resposta que cada modelo apresenta. Além disso, numa segunda fase, são discutidos e analisados casos bidimensionais de modo a entender a influência os efeitos geométricos de um aterro trapezoidal, apresentando também um estudo paramétrico com a variação de alguns parâmetros com o intuito de explorar a sua influência na geometria do problema. Neste campo foi possível concluir que de um modo global todos os parâmetros estudados demonstram ter um papel fulcral no descrição do fenómeno de propagação de ondas. Contudo, as avaliações das influências da rigidez inicial, da altura do modelo e das amplitudes de aceleração da ação concluem-se como os parâmetros mais críticos de todo o estudo paramétrico da análise bidimensional.