Optimização de Barragens Abóbada Sujeitas a Acção Sísmica

Abstract

Com esta dissertação pretende-se criar um documento que sirva de base para a modelação de uma barragem abóbada incluindo a optimização da forma deste tipo de estrutura utilizando um algoritmo numérico. Neste documento é retratada a evolução da geometria das barragens abóbada ao longo da história, desde os romanos até aos dias de hoje. São exibidas várias alternativas a nível de configuração de forma dando exemplos de casos reais. Foi modelada uma barragem abóbada considerando as cargas provenientes da água e da acção sísmica. Foi considerado um comportamento linear dos materiais utilizados. A nível de interacção dinâmica água-barragem utilizaram-se cargas e massas adicionais de Westergaard. Para definir a geometria da barragem adoptou-se a metodologia de arco com directriz parabólica. Foram utilizadas duas equações polinomiais, uma que define a forma e outra a espessura. As equações utilizadas dependem de constantes que se pretendem optimizar para tornar a solução mais económica. Para analisar a barragem recorreu-se a elementos sólidos finitos de 8 nós. Definidos e organizados no programa EXCEL e importados para análise no programa SAP2000. Foi modelada a fundação recorrendo igualmente a elementos sólidos. A partir dos resultados da análise da barragem e das variações do volume, tensões e deslocamentos relativamente as constantes que definem a geometria foi efectuada a análise de sensibilidades. Com esses dados foi optimizada a barragem minimizando uma função escalar deduzida com base nos conceitos de entropia de informação.

The main aim of this work is produce a document which can be used for the modeling and optimization of an arch dam. In this document is described the evolution of the geometry of arch dams throughout history, since the ancient Rome to the present day. Several alternatives are showed for the configuration of the form showing real examples. One typical arch dam was modeled considering water and seismic loading. The linear behavior of the materials was adopted for safety sake. For water-dam dynamic interaction loads and additional masses of Westergaard were considered. A parabolic arch was used to define the geometry of the dam. This lead to the consideration of two polynomial equations, one for the overall shape, the thickness being defined by the remaining. The equations used depend on constants that are optimized to find the least costly solution. Solid finite elements with 8 nodes were employed to analyze the dam. They are defined and organized in EXCEL and imported to the analysis within SAP2000. The foundation was modeled by using solid elements. From the analysis of the dam, volume changes, stress and displacement with respect to the constants that define the geometry has been derived for the sensitivity analysis. The shape of the dam is then optimized by using a scalar function defined by using informational entropy concepts.