Modelagem Numerica em Barragens - Conteudo Programatico e Cronograma

ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA DE BARRAGENS IEC PUC MINAS Professor Eduardo Monteiro MSc Modelagem Numérica em Barragens Disciplina Parceria IEC PUC Minas Conteúdo Programático Prof Eduardo Monteiro MSc 2 Introdução à modelagem numérica modelos tutoriais de estabilidade SlopeW fluxo SeepW e tensão deformação SigmaW Estabilidade de taludes configurações iniciais do modelo numérico técnicas de busca da superfície potencial de ruptura análise de estabilidade estabilização por retaludamento zonas de tração cargas induzidas Estabilidade e percolação em barragens funções teor de umidade e condutividade hidráulica configurações da malha de elementos finitos condições de contorno estudos em regime permanente e transiente interpretação da rede de fluxo pressões gradientes hidráulicos vazão análises de estabilidade no final da construção operação e rebaixamento rápido Aterros sobre solo mole adensamento simulação da construção do aterro compactado avaliação das condições de estabilidade no tempo Barragens de rejeito avaliação do potencial de liquefação análise de estabilidade drenada e não drenada IEC PUC Minas Cronograma e Horário de Aulas Aula Conteúdo 1 Tutoriais SlopeW SeepW e SigmaW 2 Tutoriais SlopeW SeepW e SigmaW 3 Estabilidade de Taludes 4 Estabilidade e Percolação em Barragens 5 Aterro Sobre Solo Mole 6 Barragens de Rejeito Início 1900h Término 2230h De 1900 às 2040 De 2050 às 2230 Prof Eduardo Monteiro MSc 3 IEC PUC Minas Avaliações Atividades Práticas 100 pontos Pontuação mínima para aprovação 70 pontos Prof Eduardo Monteiro MSc 4 IEC PUC Minas 1º Acesse o site wwwgeoslopecomlearningdownloads 2º 3º Selecione o idioma Português 4º Prof Eduardo Monteiro MSc 5 Instalação GeoStudio 20214 IEC PUC Minas 1º Selecione a pasta de destino de seu programa 2º Aceite os termos 3º 4º Aguarde o fim do progresso de instalação Prof Eduardo Monteiro MSc 6 Instalação GeoStudio 20214 IEC PUC Minas Registro na Plataforma SEEQUENT 1º Acesse o site idseequentcomregister 2º Preencha seus dados 3º Aceite os Termos 4º Confirme sua conta através da caixa de entrada do email Prof Eduardo Monteiro MSc 7 IEC PUC Minas Introdução SLOPEW O SLOPEW é o programa aplicado à estabilidade de taludes e obras de reforço em solos e rochas Principais métodos de estabilidade disponíveis MorgensternPrice Spencer Bishop Janbu Tensão Sigma Prof Eduardo Monteiro MSc 8 Método exclusivo que utiliza tensões computadas por elementos finitos no módulo SigmaW IEC PUC Minas Introdução SLOPEW Além da possibilidade de buscar a superfície crítica utilizando várias técnicas o SLOPEW oferece ao usuário diferentes formas de definir o comportamento e propriedades dos materiais tratados as condições de carregamento e informações de poropressões As poropressões podem ser especificadas por linhas piezométricas funções espaciais coeficientes ru e B ou valores computados por uma análise de elementos finitos utilizando o programa SEEPW Prof Eduardo Monteiro MSc 9 IEC PUC Minas Modelagem Numérica Nesse modelo será ensinado o passo a passo de uma modelagem no programa SLOPEW com a inserção de uma linha piezométrica Assim o objetivo será analisar a estabilidade do talude com o efeito da poropressão 2 1 Prof Eduardo Monteiro MSc 10 IEC PUC Minas Interface GeoStudio 3º Escolher a análise SLOPE 2º Opte por Metric A4 para unidade internacional SI e papel A4 1º Escolha a licença para prosseguir Nota se já tiver a licença oficial instalada escolher Licença Plena Prof Eduardo Monteiro MSc 11 IEC PUC Minas Interface GeoStudio Após escolher as configurações iniciais você será redirecionado e a interface do GeoStudio será como essa mostrada abaixo Prof Eduardo Monteiro MSc 12 IEC PUC Minas Geometria Feche a janela Dados Projeto Para dar início a uma modelagem é necessário importar uma geometria já preparada no AutoCad ou você poderá criala no próprio programa inserindo os pontos e criando regiões referentes ao modelo Para essa etapa basta seguir os passos Prof Eduardo Monteiro MSc 13 IEC PUC Minas Inserir Pontos Inserir os pontos para a construção da geometria a ser utilizada na modelagem Para isso faça como mostrado a seguir 1º 2º X m Y m 1028 14 0 14 0 9 2028 9 0 0 40 0 40 4 3028 4 3º 4º Adicione os valores da tabela ao lado Dica aperte a tecla tab depois de digitar cada valor 5º Prof Eduardo Monteiro MSc 14 IEC PUC Minas Inserir Pontos Você visualizará os pontos conforme mostrado a seguir Prof Eduardo Monteiro MSc 15 IEC PUC Minas Inserir Regiões Inserir as informações das regiões que compõem o modelo Siga os passos 1º 2º 3º 4º Digite os números dos pontos referentes a cada região Separeos por ponto e vírgula Dessa forma o GeoStudio é capaz de identificar que tratase de uma região Após digitar todos os números pressione Enter Aperte Enter Prof Eduardo Monteiro MSc 16 IEC PUC Minas Inserir Regiões 1º 2º 3º Prof Eduardo Monteiro MSc 17 IEC PUC Minas Inserir Regiões Desmarcar 1º 2º Você visualizará as regiões conforme mostrado a seguir Para uma melhor visualização da seção você pode optar por desmarcar a opção de visualizar a identificação das regiões e dos pontos Ao lado direito do GeoStudio você encontrará os atalhos conforme mostrado abaixo Prof Eduardo Monteiro MSc 18 IEC PUC Minas Salvar o Arquivo Salve agora o seu arquivo GeoStudio No GeoStudio você tem a opção de trabalhar com o menu principal ou com os atalhos 1º 2º 3º 4º 5º Observação Você pode também salvar seu arquivo sem solução bem mais leve para arquivamento ou envio Atalho Menu Principal Prof Eduardo Monteiro MSc 19 IEC PUC Minas Configuração do Tipo de Análise Configurar o tipo de análise 1º Na parte inicial do GeoStudio clique em Dados Projeto 2º A janela Dados Projeto é o local onde as análises são organizadas Clique em Análise SLOPEW Prof Eduardo Monteiro MSc 20 IEC PUC Minas 10 Análise de Estabilidade Configure a análise inserindo as informações necessárias 1º 2º 3º 4º Prof Eduardo Monteiro MSc 21 IEC PUC Minas Métodos de Cálculo de Estabilidade Há diferentes métodos disponíveis para o cálculo de estabilidade Os métodos ditos rigorosos satisfazem tanto o equilíbrio de forças quanto o de momentos Nessa análise será utilizado o método rigoroso de MorgensternPrice Prof Eduardo Monteiro MSc 22 IEC PUC Minas 10 Análise de Estabilidade Fechar Em uma análise de estabilidade é necessário também configurar a superfície de pesquisa 2º 3º 4º 1º Nota Há diferentes métodos disponíveis para a criação das superfícies de pesquisa Na versão estudante do software as opções disponíveis são entrada e saída e grade e raios Prof Eduardo Monteiro MSc 23 IEC PUC Minas Configuração das Unidades Em Unidades você pode conferir as unidades base e ao mesmo tempo alterá las caso seja do seu interesse 1º 2º 3º 4º Prof Eduardo Monteiro MSc 24 IEC PUC Minas Configuração da Escala Em Escala definir qual a escala de referência será necessária para o Papel A4 escolhido no início da modelagem Para isso siga os passos mostrados a seguir 1º 2º 3º 4º Prof Eduardo Monteiro MSc 25 IEC PUC Minas Inserção dos Eixos Para uma melhor orientação inserir os eixos 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º Desmarque a opção Incremento Automático Prof Eduardo Monteiro MSc 26 IEC PUC Minas Arquivo Pronto O arquivo agora está pronto para iniciar a modelagem Prof Eduardo Monteiro MSc 27 IEC PUC Minas Materiais Configure os materiais que estão presentes na seção do terreno inserindo os parâmetros geotécnicos mostrados na tabela a seguir Cor Nome Modelo γ kNm³ c kPa Phi 1 Colúvio MohrCoulomb 18 9 32 2 Solo Laterítico MohrCoulomb 18 10 32 Prof Eduardo Monteiro MSc 28 IEC PUC Minas Criar Materiais Para criar os materiais e adicionar as informações destes faça como mostrado abaixo 1º 2º 3º Prof Eduardo Monteiro MSc 29 IEC PUC Minas Criar Materiais Colúvio 1º 3º 4º 5º 6º 2º Prof Eduardo Monteiro MSc 30 IEC PUC Minas Criar Materiais Solo Laterítico 1º 2º 3º Fechar 8º 4º 5º 6º 7º Prof Eduardo Monteiro MSc 31 IEC PUC Minas 3º 4º Aplicação dos Materiais Aplique os materiais na seção como indicado a seguir Você tem opção de trabalhar também com os atalhos 1º 2º Atalho Prof Eduardo Monteiro MSc 32 IEC PUC Minas Aplicar Materiais 1 Colúvio Clique no local onde desejase adicionar o material 1º 2º Prof Eduardo Monteiro MSc 33 IEC PUC Minas Aplicar Materiais 2 Solo Laterítico 1º 2º Nota a linha verde representa a superfície do solo depois que os materiais são aplicados Prof Eduardo Monteiro MSc 34 IEC PUC Minas Linha Piezométrica Para inserir uma linha piezométrica basta seguir os passos 1º 2º 3º 4º Insira os valores Aperte tab após inserir cada valor X m Y m 0 10 16 8 24 7 40 7 5º Nota Em Materiais você pode habilitar a aplicação da linha piezométrica em cada material Em Propriedades podese aplicar a sucção capilar máxima admissível 6º Prof Eduardo Monteiro MSc 35 IEC PUC Minas Configurações Linha Freática Prof Eduardo Monteiro MSc 36 IEC PUC Minas Lençol Freático No modelo aparecerá então o lençol freático como mostrado abaixo Linha piezométrica definida acima da superfície do solo Prof Eduardo Monteiro MSc 37 IEC PUC Minas Superfície de Pesquisa Entrada e Saída 1º 2º 3º Você também pode utilizar o atalho que está acima da seção Atalho É necessário determinar a posição de entrada e saída da superfície de pesquisa Prof Eduardo Monteiro MSc 38 IEC PUC Minas Superfície de Pesquisa Entrada e Saída Comece colocando o número de divisões da entrada e saída como também do raio Neste exemplo os segmentos de Entrada e Saída e o Raio têm 10 incrementos concluindo um total de 11 pontos em cada Assim o número total de superfícies de pesquisa é 1331 11x11x11 1º 2º 3º Prof Eduardo Monteiro MSc 39 IEC PUC Minas Superfície de Pesquisa Entrada e Saída Digite os valores de entrada e saída do intervalo Você pode optar também por clicar no ponto de início do intervalo segurar e arrastar até o ponto final com o auxílio do mouse 1º 2º 3º X 2 m X 20 m X 22 m X 39 m Nota Na superfície de pesquisa podemos definir um intervalo ou apenas um ponto Clica segura e arrasta Prof Eduardo Monteiro MSc 40 IEC PUC Minas Executar Em Soluções selecione a análise e clique em iniciar 2º 1º Superfície de escorregamento crítica Prof Eduardo Monteiro MSc 41 IEC PUC Minas Fator de Segurança Ainda em resultados para melhor visualização do fator de segurança obtido na análise e ajuste dos números significativos faça a seguinte alteração 1º 2º Atalho 3º 4º Fechar 5º Prof Eduardo Monteiro MSc 42 IEC PUC Minas Fator de Segurança É sugerido que o FS tenha 3 algarismos significativos Prof Eduardo Monteiro MSc 43 IEC PUC Minas Nova Análise Estabilidade Local Criar outra análise de estabilidade Refinar a superfície de pesquisa aproximandoa da superfície de ruptura encontrada na primeira análise Siga os seguintes passos 1º 2º Clique em Análise de Estabilidade para clonar a análise 3 4º 5º 6º Prof Eduardo Monteiro MSc 44 IEC PUC Minas 20 Estabilidade Local Configure a análise inserindo as informações necessárias 1º 2º 3º 4º Fechar 5º Prof Eduardo Monteiro MSc 45 IEC PUC Minas Superfície de Pesquisa Entrada e Saída 1º 2º 3º Você também pode utilizar o atalho que está acima da seção Atalho É necessário alterar a superfície de pesquisa Prof Eduardo Monteiro MSc 46 IEC PUC Minas Superfície de Pesquisa Entrada e Saída Digite os valores de entrada e saída do intervalo 1º 2º 3º X 2 m X 10 m X 12 m X 20 m Prof Eduardo Monteiro MSc 47 IEC PUC Minas Executar Em Soluções clique na análise e clique em iniciar 2º 1º Estabilidade no material colúvio Prof Eduardo Monteiro MSc 48 IEC PUC Minas Mapas de Cores nas Superfícies de Pesquisa 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º Atalho O GeoStudio permite você visualizar um mapa colorido na superfície de pesquisa Ele ajuda a visualizar quantas das superfícies têm um fator de segurança próximo ao valor crítico e a forma mais provável da falha Prof Eduardo Monteiro MSc 49 IEC PUC Minas Mapas de Cores nas Superfícies de Pesquisa Essa imagem ilustra uma zona potencial zona mais crítica na cor vermelha Prof Eduardo Monteiro MSc 50 IEC PUC Minas 5º Fatia 9 Clique na fatia Informações da Fatia O GeoStudio permite que você tenha informações específicas de uma fatia de sua análise Faça como mostrado a seguir 1º 2º 3º 4º Atalho Para uma melhor visualização das fatias volte em Aplicar Mapa Colorido e desmarque a opção Mostrar Tudo Prof Eduardo Monteiro MSc 51 IEC PUC Minas Informações da Fatia Compressão Nota O diagrama de corpo livre à esquerda dá uma indicação de onde as forças atuam sobre a fatia À direita o polígono de força fornece uma indicação do equilíbrio da força da fatia Prof Eduardo Monteiro MSc 52 IEC PUC Minas Análise dos Resultados Gráfico 1º 2º Atalho 3º A construção de gráficos é outra forma de avaliar os resultados da análise Slope Esses gráficos nos permitem analisar vários parâmetros ao longo de toda superfície de escorregamento A seguir é mostrado o passo a passo da construção desses gráficos utilizando alguns desses parâmetros Prof Eduardo Monteiro MSc 53 IEC PUC Minas Factor of Safety vs Lambda Momento Escorregamento 1205 Força Escorregamento 1205 FS Escorregamento 1205 Fator de Segurança Lambda 23 235 24 245 25 255 01 0 01 02 03 04 05 Fator de Segurança x Lambda 1º 2º 3º 4º 5º Prof Eduardo Monteiro MSc 54 IEC PUC Minas Fator de Segurança x Lambda 1º 2º A interseção dos gráficos vermelho e azul proporcionam o fator convergente de segurança para uma determinada superfície de deslizamento satisfazendo ambos equilíbrios de forças horizontais e momentos O ponto de interseção indica o valor lambda e FS 3º Prof Eduardo Monteiro MSc 55 IEC PUC Minas Factor of Safety vs Lambda Momento Escorregamento 1205 Força Escorregamento 1205 FS Escorregamento 1205 Fator de Segurança Lambda 23 235 24 245 25 255 01 0 01 02 03 04 05 Fator de Segurança x Lambda Prof Eduardo Monteiro MSc 56 IEC PUC Minas Fator de Segurança x Lambda Prof Eduardo Monteiro MSc 57 IEC PUC Minas Fator de Segurança x Lambda Prof Eduardo Monteiro MSc 58 Resultante entre E e X IEC PUC Minas Fator de Segurança x Lambda Prof Eduardo Monteiro MSc 59 Bishop Janbu MorgensternPrice IEC PUC Minas Poropressão É possível avaliar também a variação da poropressão como mostrado a seguir 4º 5º 1º 6º Prof Eduardo Monteiro MSc 60 2º 3º 7º 8º IEC PUC Minas Poropressão A poropressão foi limitada em 0 kPa acima do lençol freático Prof Eduardo Monteiro MSc 61 IEC PUC Minas Coesão Resistência Coesiva kPa X m 9 92 94 96 98 10 5 10 15 20 25 30 1º Coesão e Resistência Friccional Avaliar como a coesão e a força de atrito resistência friccional dos materiais contribuem com a resistência 4º 2º 3º Prof Eduardo Monteiro MSc 62 IEC PUC Minas 1º Coesão e Resistência Friccional 4º 2º 3º Prof Eduardo Monteiro MSc 63 IEC PUC Minas Coesão e Resistência Friccional Para visualizar um gráfico sobreposto ao outro basta selecionálos com o auxílio da tecla Ctrl Aperte a tecla Ctrl Undefined kPa X m 0 5 10 15 20 25 30 35 5 10 15 20 25 30 Prof Eduardo Monteiro MSc 64 IEC PUC Minas Resistência ao Cisalhamento x Cisalhamento Mobilizado A resistência ao cisalhamento e o cisalhamento mobilizado podem ser traçados ao longo da superfície crítica O fator geral de segurança é a área sob a curva de resistência dividida pela área sob a curva de cisalhamento mobilizado 2º 3º 4º 1º Prof Eduardo Monteiro MSc 65 IEC PUC Minas 1º Resistência ao Cisalhamento x Cisalhamento Mobilizado 2º 3º 4º 5º Selecione os dois gráficos Aperte a tecla Ctrl Prof Eduardo Monteiro MSc 66 IEC PUC Minas Undefined Fatia 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 5 10 15 20 25 30 35 Resistência ao Cisalhamento x Cisalhamento Mobilizado Nota A partir do fator de segurança calculado a área sob a curva de resistência é 178 vezes maior do que a área sob a curva de cisalhamento mobilizado Prof Eduardo Monteiro MSc 67 IEC PUC Minas Exercícios 1 Fazer um estudo comparativo do fator de segurança versus método de estabilidade adotando os métodos de MorgensternPrice Spencer Bishop e Janbu Comentar os resultados 2 Avaliar a influência dos parâmetros de resistência na posição da superfície potencial de ruptura Variar c em 05c e 2c e depois 07φ e 13φ Com base nos resultados comentar sobre a influência dos parâmetros na posição da superfície potencial 3 Avalie o fator de segurança para condição de saturação plena do solo laterítico com o nível dágua na posição horizontal na elevação 10 m Prof Eduardo Monteiro MSc 68 IEC PUC Minas Exercício 1 Comentários O FS mostrouse menor quando aplicado o método de Janbu equilíbrio de forças horizontais Prof Eduardo Monteiro MSc 69 IEC PUC Minas Exercício 2 Cor Nome Modelo γ kNm³ c kPa Phi 1 Colúvio MohrCoulomb 18 9 32 2 Solo Laterítico MohrCoulomb 18 10 32 Análise da Coesão Colúvio c45 9 e 18 kPa Solo Laterítico c5 10 e 20 kPa Análise do Atrito Colúvio φ224 32 e 416 Solo Laterítico φ224 32 e 416 Prof Eduardo Monteiro MSc 70 IEC PUC Minas Exercício 2 Coesão Comentário o aumento da coesão amplia a profundidade da superfície potencial Prof Eduardo Monteiro MSc 71 IEC PUC Minas Exercício 2 Atrito Comentário o aumento do ângulo de atrito reduz a profundidade da superfície potencial Prof Eduardo Monteiro MSc 72 IEC PUC Minas Exercício 3 Comentário o aumento da submersão aumenta o fator de segurança do talude em questão Prof Eduardo Monteiro MSc 73