Análise de Estabilidade do Paramento Central da Barragem do Castanhão em CCR no Brasil utilizando o Método dos Elementos Finitos (FEM) e os Sistemas de Classificações Geomecânicas

Abstract

There are thousands of dams around the world, each of which has its importance for the population, as they can be used for water storage, flood control, navigation and tailings retention, for example. In this dissertation, special attention was given to the Castanhão dam, which is located in the interior of the state of Ceará in Brazil. Based on the project data and geotechnical reports carried out at the time of construction, it was decided to carry out a study in which to calculate the geomechanical parameters of the rock mass, which form the foundation of the dam, in order to perform finite element modeling. This modeling was carried out in three analyzes. The first analysis was a tension and strain analysis performed in the RS2 software, which consisted of varying the dam deformation module at the following levels: 1- In Situ, 2- Final Construction and 3- Operation. These deformability modules were obtained using correlations according to the geomechanical indexes RQD, RMR, Q and GSI. A second analysis consisted of reducing the strength parameters of the material, which is a rock, which forms the foundation of the dam, using the generalized Hoek-Brown method. In this varied modeling or GSI according to confidence interval, or which varies between 65 to 81. Finally, the CADAM software was used to analyze the stability of the central wall of the dam in two situations: 1- Operation and 2- Flood. In this analysis, the effective drainage coefficient of the barrier was varied between 0.11; 0.33; 0.66 and 0.99, with value of 0.33 being that used in the project. As the results of these analyzes, it was found that the deformability module had great importance for total displacements and deformations, since its variation occurred more significant changes in these variables. As for the effective stresses, the deformability module does not have a very noticeable influence, there may be a variation that does not occur more frequently in the stresses. In the following analysis, it was concluded that the measure that increased if GSI, or the limit SRF factor also increased, once the massif became higher quality, since it varied between the values 17.7; 20.99; 24.64 and 28.70. Like stresses, displacements and deformations tend to decrease the measure of occurrence or increase of the GSI during the analyzes. In the stability analysis, it can be concluded that drainage is of fundamental importance for the safety of a dam, since, in areas such as analyzed phases (Operation and Flood), the safety factor increased when increased too effective drainage coefficient. The values of this varied by 1,5441; 1,695; 1.9409 and 2.1867 for Operation and 1.0038; 1.1206; 1.3108 and 1.5011 for Flood. In possession of all the results, he concluded that the dam is in an out of danger situation, it is necessary to pay attention to the maintenance period in the drainage devices, since these guarantee its full operation and durability.

Existem milhares de barragens espalhadas pelo mundo, tendo cada uma dessas sua devida importância para população, pois podem ser usadas para armazenamento de água, controle de cheias, navegabilidade e retenção de rejeitos, por exemplo. Nessa dissertação, deu-se uma atenção especial para a barragem do Castanhão que localiza-se no interior do estado do Ceará no Brasil. Com base em dados do projeto e relatórios geotécnicos realizados na época da construção, decidiu-se realizar um estudo em que estimassem os parâmetros geomecânicos do maciço rochoso, o qual forma a fundação da barragem, a fim de se realizar modelagem em elementos finitos. Essa modelagem foi pautada em três análises. A primeira análise foi uma análise tensão-deformação realizada no software RS2 em que consistiu em variar o módulo de deformabilidade da barragem nos estágios: 1- In Situ, 2- Construção Final e 3- Operação. Esses módulos de deformabilidade foram obtidos utilizando correlações em função dos índices geomecânicos RQD, RMR, Q e GSI. A segunda análise consistiu em reduzir os parâmetros de resistência do material, o qual é a rocha gnaisse, que forma a fundação da barragem, utilizando o método de Hoek-Brown generalizado. Nessa modelação, variou-se o GSI de acordo com o intervalo de confiança obtido, o qual varia entre 65 a 81. Por fim, utilizou-se o programa CADAM para uma análise de estabilidade do paramento central da barragem em duas situações: 1- Operação e 2- Inundação. Nessa análise, variou-se o coeficente efetivo de drenagem da barragem entre os valores 0,11;0,33;0,66 e 0,99, sendo o valor de 0,33 o utilizado no projeto. Como resultados dessas análises, obteve-se que o módulo de deformabilidade tinha grande importância para deslocamentos totais e deformações, uma vez que sua variação ocasiona alterações mais significantes nessas variáveis. Já para as tensões efetivas, o módulo de deformabilidade não exerce uma influencia muito notória, haja vista que sua variação não ocasionou maiores variações nas tensões. Na análise seguinte, concluiu-se que à medida que aumentava-se o GSI, o fator SRF limite aumentava também, uma vez que o maciço torna-se de maior qualidade, pois os valores variaram entre os valores 17,7; 20,99; 24,64 e 28,70. As tensões, os deslocamentos e as deformações tendiam a diminuir à medida que ocorria o aumento do GSI durante as análises. Na análise de estabilidade, pode-se concluir que a drenagem é de fundamental importância para a segurança de uma barragem, visto que, em ambas as fases analisadas (Operação e Inundação), o fator de segurança aumentou quando se aumentava o coeficiente de drenagem efetiva. Os valores desse variaram 1,5441;1,695; 1,9409 e 2,1867 para Operação e 1,0038;1,1206; 1,3108 e 1,5011 para Inundação. De posse de todos os resultados, concluiu-se que a barragem encontra-se numa situação fora de perigo, sendo necessário atentar-se para o período das manutenções nos dispositivos de drenagem, visto que esses garantem seu pleno funcionamento e sua durabilidade.