Tutorial GeoStudio-Modelagem Numerica em Barragens-SeepW SlopeW SigmaW

ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA DE BARRAGENS IEC PUC MINAS Professor Eduardo Monteiro MSc Modelagem Numérica em Barragens Disciplina Parceria 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 2 IEC PUC Minas Introdução SEEPW O SEEPW é aplicado em modelagem de fluxo de águas subterrâneas em meios porosos saturados e não saturados permitindo a realização de análises em regime permanente e transiente por meio do método dos elementos finitos Prof Eduardo Monteiro MSc 3 IEC PUC Minas Introdução SEEPW O SEEPW disponibiliza dois modelos de material sendo eles o modelo saturadonão saturado e o saturado O programa permite a aplicação das funções condutividade hidráulica e teor de umidade volumétrico para os materiais Prof Eduardo Monteiro MSc 4 IEC PUC Minas Modelagem Numérica Nesse modelo será ensinado o passo a passo de uma modelagem de fluxo no programa SEEPW Será ensinado também como configurar e definir as poropressões através da análise de fluxo para posteriormente avaliar sua estabilidade acoplada ao programa SLOPEW Prof Eduardo Monteiro MSc 5 IEC PUC Minas Interface GeoStudio 3º Para uma análise inicial de fluxo escolher SEEP 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 6 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 7 IEC PUC Minas Geometria Para dar início a uma modelagem é necessário importar uma geometria já preparada no AutoCad ou você poderá criála no próprio programa inserindo os pontos e criando regiões referentes ao modelo Para fazer essa etapa basta seguir os passos Feche a janela Dados Projeto Prof Eduardo Monteiro MSc 8 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 0 0 24 12 30 12 54 0 43 0 48 3 3º 4º Adicione os valores da tabela ao lado Dica aperte a tecla tab depois de digitar cada valor 5º Prof Eduardo Monteiro MSc 9 IEC PUC Minas Inserir Pontos Você visualizará os pontos conforme mostrado a seguir Prof Eduardo Monteiro MSc 10 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 Após digitar todos os números pressione Enter Prof Eduardo Monteiro MSc 11 IEC PUC Minas Inserir Regiões 1º 2º 3º Prof Eduardo Monteiro MSc 12 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 13 IEC PUC Minas Preferência Visualização Prof Eduardo Monteiro MSc 14 IEC PUC Minas Salvar o Arquivo Salve agora o seu arquivo GeoStudio 1º 2º 3º 4º 5º Observação Você pode também salvar seu arquivo sem solução bem mais leve para arquivamento ou envio Atalho Prof Eduardo Monteiro MSc 15 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 SEEPW Prof Eduardo Monteiro MSc 16 IEC PUC Minas 10 Fluxo Permanente Faça as alterações necessárias na análise como o tipo de análise e nome Fechar 1º 2º 3º Prof Eduardo Monteiro MSc 17 IEC PUC Minas Configuração das Unidades Em Unidades você pode conferir as unidades base e ao mesmo tempo alterálas caso seja do seu interesse 1º 2º 3º 4º Prof Eduardo Monteiro MSc 18 IEC PUC Minas Configuração da Escala Em Escala definir qual a escala de referência para o modelo se ajustar ao papel A4 adotado Para isso siga os passos mostrados a seguir 1º 2º 3º 4º Prof Eduardo Monteiro MSc 19 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 Atalho Você também pode utilizar o atalho Prof Eduardo Monteiro MSc 20 IEC PUC Minas Arquivo Pronto O arquivo agora está pronto para iniciar a modelagem Prof Eduardo Monteiro MSc 21 IEC PUC Minas Material Configure os materiais presentes na seção inserindo os parâmetros geotécnicos correspondentes Cor Nome Modelo Funções θ Sat θ Res kx Sat ms Teor de Umidade Vol Cond Hidráulica Aterro SatÑ Sat Aterro Argila Siltosa 05 01 1e08 Dreno de Pé SatÑ Sat Dreno de Pé Areia 045 0045 1e04 Nota No Seep o modelo Somente Saturado é também aplicado quando o usuário quer adotar a condutividade hidráulica constante Prof Eduardo Monteiro MSc 22 IEC PUC Minas Criar Materiais 1º 2º 3º Para configurar um ou mais materiais faça como a seguir Prof Eduardo Monteiro MSc 23 IEC PUC Minas Criar Materiais Aterro 1º 2º 3º Prof Eduardo Monteiro MSc 24 IEC PUC Minas Aterro No programa SEEPW é sugerido criar as funções de Teor de Umidade Volumétrico e Condutividade Hidráulica para os materiais A seguir é mostrado o passo a passo para a construção dessas funções Ao clicar no local indicado você será redirecionado para uma nova janela Prof Eduardo Monteiro MSc 25 IEC PUC Minas Função Teor de Umidade Volumétrico 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º Prof Eduardo Monteiro MSc 26 IEC PUC Minas Função Teor de Umidade Volumétrico Aparecerá no lado direito da janela Dados Funções Teor de Umidade Volumétrico o gráfico a seguir Selecione a opção Log X seguindo a visualização comumente encontrada 1º 2º Prof Eduardo Monteiro MSc 27 IEC PUC Minas Aterro Argila Siltosa Aterro Argila Siltosa Teor de Umidade Volumétrico Sucção mátrica kPa 005 01 015 02 025 03 035 04 045 05 0001 1000 001 01 1 10 100 Função Teor de Umidade Volumétrico 𝜽𝑺𝒂𝒕 𝟎 𝟓 O gráfico da função aparecerá então dessa forma Feche a janela e volte para janela Dados Materiais Prof Eduardo Monteiro MSc 28 IEC PUC Minas Criar Materiais Aterro 1º Selecionar a função criada anteriormente e criar a função de Condutividade Hidráulica 2º Prof Eduardo Monteiro MSc 29 IEC PUC Minas Função Condutividade Hidráulica 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º Prof Eduardo Monteiro MSc 30 IEC PUC Minas Função Condutividade Hidráulica Ao lado direito da janela aberta clique em log X e log Y e em Editar pontos de Dados para visualizar o gráfico na forma convencional Feche essa janela e volte para DadosMateriais Prof Eduardo Monteiro MSc 31 IEC PUC Minas Criar Materiais Aterro Selecione a função criada anteriormente 1º Prof Eduardo Monteiro MSc 32 IEC PUC Minas Criar Materiais Dreno de Pé 2º 3º 4º 1º 5º Ao clicar no local indicado você será redirecionado para uma nova janela Prof Eduardo Monteiro MSc 33 IEC PUC Minas Função Teor de Umidade Volumétrico 1º 2º 3º 4º 6º 5º 7º Prof Eduardo Monteiro MSc 34 IEC PUC Minas Função Teor de Umidade Volumétrico Aparecerá no lado direito da janela Dados Funções Teor de Umidade Volumétrico o gráfico a seguir Selecione a opção Log X seguindo a visualização comumente encontrada 1º 2º Prof Eduardo Monteiro MSc 35 IEC PUC Minas Função Teor de Umidade Volumétrico 𝜽𝑺𝒂𝒕 𝟎 𝟒𝟓 O gráfico da função aparecerá então dessa forma Feche a janela e volte para janela Dados Materiais Prof Eduardo Monteiro MSc 36 IEC PUC Minas Criar Materiais Dreno de Pé 1º Selecionar a função criada anteriormente e criar a função de Condutividade Hidráulica 2º Prof Eduardo Monteiro MSc 37 IEC PUC Minas Função Condutividade Hidráulica 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º Prof Eduardo Monteiro MSc 38 IEC PUC Minas Função Condutividade Hidráulica Ao lado direito da janela aberta clique em log X e log Y e em Editar pontos de Dados para visualizar o gráfico na forma convencional Feche essa janela e volte para DadosMateriais Prof Eduardo Monteiro MSc 39 IEC PUC Minas Criar Materiais Dreno de Pé Selecione a função criada anteriormente 1º Fechar Prof Eduardo Monteiro MSc 40 IEC PUC Minas 3º 4º Aplicação dos Materiais Temse a opção de trabalhar também com os atalhos 1º 2º Atalho Depois de criado o material basta aplicálo ao modelo como indicado a seguir Prof Eduardo Monteiro MSc 41 IEC PUC Minas Aplicar Material 1º Clique no local onde deseja adicionar o material Prof Eduardo Monteiro MSc 42 IEC PUC Minas Aplicar Material 2º Clique no local onde deseja adicionar o material 1º Prof Eduardo Monteiro MSc 43 IEC PUC Minas Condições de Contorno 1º 2º 3º 5º 4º Aplicar as condições de contorno Carga Montante e Drainage Configurar a condição de carga montante Atenção Não altere as condições de contorno já existentes Prof Eduardo Monteiro MSc 44 IEC PUC Minas Condições de Contorno Para inserir uma condição de contorno faça como a seguir H hp z 1º 2º 4º 3º 5º Fechar Observe que a condição Drainage já existe Prof Eduardo Monteiro MSc 45 IEC PUC Minas Aplicar Condições de Contorno 1º 2º Você pode utilizar o atalho da Condição de Contorno Atalho Aplicar as condições de contorno Carga Montante e Drainage na seção como indicado a seguir Prof Eduardo Monteiro MSc 46 IEC PUC Minas Aplicar Condições de Contorno Clique no local indicado ou abra uma janela como indicado em vermelho Caso algum segmento seja selecionado de forma incorreta utilize a opção Remover 3º 1º 2º Prof Eduardo Monteiro MSc 47 IEC PUC Minas Aplicar Condições de Contorno Clique no local indicado ou abra uma janela como indicado em vermelho Caso algum segmento seja selecionado de forma incorreta utilize a opção Remover 3º 1º 2º Prof Eduardo Monteiro MSc 48 IEC PUC Minas Malha de Elementos Finitos Digite o valor e pressione Enter 1º 2º 3º É importante sempre ajustar o tamanho da malha e refinar alguns elementos em seu modelo Para isso basta seguir os seguintes passos Nota Na licença Estudante do software é permitido malha com até 500 elementos Prof Eduardo Monteiro MSc 49 IEC PUC Minas Malha de Elementos Finitos Prof Eduardo Monteiro MSc 50 IEC PUC Minas Malha de Elementos Finitos Ao fechar a janela Aplicar Propriedades da Malha a malha não aparecerá mais Caso deseje vêla novamente utilize o atalho a seguir para ativar a sua visualização Prof Eduardo Monteiro MSc 51 IEC PUC Minas Executar Iniciar a solução da análise O resultado dessa análise de fluxo é mostrado a seguir Para obter essa visualização após a análise ser solucionada basta que o comando Visualizar Vetores esteja habilitado 3º 1º 2º Prof Eduardo Monteiro MSc 52 IEC PUC Minas Resultados Carga Total de Água O GeoStudio permite visualizar a solução por diferentes parâmetros por exemplo as isolinhas de Carga Total de Água Para obter essa visualização escolha a opção Water Total Head que fica acima da solução Desabilite Visualizar Vetores 1º 2º Desabilitar Prof Eduardo Monteiro MSc 53 IEC PUC Minas Isovalores Carga Total de Água É possível também visualizar os valores da carga total no modelo Para isso utilizar o comando Identificação dos Isovalores e clicar em cada isolinha Clique nas linhas apara aparecer o valor Clique novamente para apagar o valor 3º 1º 2º Você também pode utilizar o atalho que está acima da seção Atalho Prof Eduardo Monteiro MSc 54 IEC PUC Minas Linha Freática Poropressão 0kPa Fechar 1º 2º 3º 4º 5º 6º Podese utilizar o atalho que está acima da seção Atalho Ainda em Resultados para visualizar a linha freática siga o passo a passo mostrado a seguir Prof Eduardo Monteiro MSc 55 IEC PUC Minas Carga Total Lençol Freático Na solução da análise aparecerá a linha freática Prof Eduardo Monteiro MSc 56 IEC PUC Minas Isovalores de Poropressão É possível visualizar também a poropressão variando com a profundidade através do Pore Water Pressure Poropressão 1º 2º Clique nas linhas 3º Prof Eduardo Monteiro MSc 57 IEC PUC Minas Isovalores de Pressão Visualizar a carga de pressão da água 1º 3º Clique nas linhas para aparecer o valor 2º Prof Eduardo Monteiro MSc 58 IEC PUC Minas Outros Resultados O GeoStudio nos permite ainda visualizar outros resultados da análise conforme a preferência ou necessidade do projeto 3º 5º 6º 7º Nota Os parâmetros irão variar de acordo com a categoria que você escolher Você pode alterar o intervalo e os textos de inglês para português Basta clicar sobre eles e alterar seu nome 8º 1º 2º 4º Prof Eduardo Monteiro MSc 59 IEC PUC Minas Gradiente XY da Água 2º 1º Clique nas linhas Para visualizar o resultado basta escolher a opção Gradiente XY e aplicar os isovalores como é mostrado a seguir Prof Eduardo Monteiro MSc 60 IEC PUC Minas Gráficos 2º 3º 5º 4º 6º O GeoStudio ainda oferece a possibilidade de construção de gráficos para visualizar alguns resultados como por exemplo a carga de pressão em piezômetros ou a vazão A seguir é mostrado a simulação da instalação de dois piezômetros Adicionouse os valores da tabela ao lado Dica aperte a tecla tab depois de digitar cada valor X m Y m 280 30 430 20 1º Prof Eduardo Monteiro MSc 61 IEC PUC Minas Pontos Os pontos são então inseridos no modelo como mostrado abaixo Prof Eduardo Monteiro MSc 62 IEC PUC Minas Instrumentação Piezométrica Agora é necessário a construção das linhas simulando os piezômetros instalados e depois a sinalização destes no modelo com o auxílio da ferramenta Texto Clique no ponto inserido e depois no 2º ponto crista da barragem Ao final clique com o botão direito do mouse para finalizar a linha 3º 4º 5º 1 2 1º 2º Atalho Prof Eduardo Monteiro MSc 63 IEC PUC Minas Instrumentação Piezométrica O mesmo procedimento foi realizado para o piezômetro 2 Clique nos pontos indicados Ao final clique com o botão direito do mouse para finalizar a linha 1º 1 2 2º Prof Eduardo Monteiro MSc 64 IEC PUC Minas Instrumentação Piezométrica Prof Eduardo Monteiro MSc 65 IEC PUC Minas Texto Instrumentação Piezométrica 1º 2º 3º 4º A ferramenta Desenhar Texto é utilizada na identificação dos piezômetros como mostrado a seguir 6º 7º 8º 9º 5º Prof Eduardo Monteiro MSc 66 IEC PUC Minas Texto PZ01 Digite o texto e clique no desenho no local indicado para inserilo 2º 1º Prof Eduardo Monteiro MSc 67 IEC PUC Minas Texto PZ02 Para inserir a identificação do segundo piezômetro basta apagar o texto anterior e digitar o novo texto 1 2 3 Clique onde deseja posicionar o texto Fechar Prof Eduardo Monteiro MSc 68 IEC PUC Minas Executar Como foi inserida uma nova informação na análise é necessário solucionála novamente a fim de obter os resultados de carga de pressão nos piezômetros 1º 2º Prof Eduardo Monteiro MSc 69 IEC PUC Minas Gráficos Carga de Pressão Com a análise solucionada é possível agora construir os gráficos de carga de pressão nos piezômetros como mostrado a seguir 1º 2º Atalho 3º 4º 5º 6º Prof Eduardo Monteiro MSc 70 IEC PUC Minas Gráficos Carga de Pressão 1º 2º 3º Selecione o ponto indicado Prof Eduardo Monteiro MSc 71 IEC PUC Minas Carga de Pressão PZ01 Aparecerá então o gráfico da seguinte forma 54 m Prof Eduardo Monteiro MSc 72 IEC PUC Minas Gráficos Carga de Pressão Para o piezômetro 2 clone o gráfico do piezômetro 01 e mude a localização conforme indicado a seguir 2 3 4 5 7 6º 8º Selecione o Piezômetro 01 PZ01 1 Prof Eduardo Monteiro MSc 73 IEC PUC Minas Carga de Pressão PZ02 Valor negativo o instrumento estará seco em campo Prof Eduardo Monteiro MSc 74 IEC PUC Minas Carga de Pressão PZ01 e PZ02 Assim as respectivas cargas de pressão nos piezômetros são PZ01 541 m PZ02 seco Com as teclas Ctrl Alt selecione PZ01 e PZ02 para visualização Prof Eduardo Monteiro MSc 75 IEC PUC Minas Vazão 2 3 4 5 6º 1 9º 7º 8º Prof Eduardo Monteiro MSc 76 IEC PUC Minas Vazão 29 x 108 m3s por metro 25 litrosdia por metro Prof Eduardo Monteiro MSc 77 IEC PUC Minas Análise de Estabilidade SLOPEW O programa SlopeW será utilizado para fazer uma análise de estabilidade a partir da análise de fluxo realizada Prof Eduardo Monteiro MSc 78 IEC PUC Minas Análise de Estabilidade Programa Slope Para criar uma análise de estabilidade no SLOPEW em Navegador de Projetos do GeoStudio clique em Dados Projeto e siga os seguintes passos para criar a análise de estabilidade 1º 2º 3º 4º 5º Prof Eduardo Monteiro MSc 79 IEC PUC Minas 20 Análise de Estabilidade Ampla Configure a análise informando o nome análise parente o tipo de análise e de onde vem a poropressão 1º 2º 3º 4º Prof Eduardo Monteiro MSc 80 IEC PUC Minas 20 Análise de Estabilidade Ampla Fechar 2º 3º 4º 1º Configure também a superfície de pesquisa da análise Slope Prof Eduardo Monteiro MSc 81 IEC PUC Minas Material Configurada a análise é necessário agora configurar os materiais inserindo os seus parâmetros Nesse modelo os parâmetros são descritos na tabela a seguir Cor Nome Modelo γ kNm³ c kPa Phi Aterro MohrCoulomb 20 10 28 Dreno de Pé MohrCoulomb 18 0 37 Prof Eduardo Monteiro MSc 82 IEC PUC Minas Material Ao abrir a janela Dados Materiais você vai observar que os materiais já constam na análise Assim basta inserir o modelo do material e os seus parâmetros 3º 1º 2º Prof Eduardo Monteiro MSc 83 IEC PUC Minas Aterro 1º 2º 3º 4º Prof Eduardo Monteiro MSc 84 IEC PUC Minas Dreno de Pé 1º 2º 3º 4º 5º Prof Eduardo Monteiro MSc 85 IEC PUC Minas Aplicar Material No GeoStudio 2021 não é mais necessário aplicar o material depois de realizado uma análise Assim o material ao ser configurado já é aplicado automaticamente com base na análise anterior Caso contrário seria necessário aplicálo usando a ferramenta Aplicar Materiais 3º 4º 1º 2º Atalho 5º Prof Eduardo Monteiro MSc 86 IEC PUC Minas Superfície de Pesquisa Entrada e Saída Na análise de estabilidade é necessário definir os intervalos de entrada e saída da superfície de pesquisa 1º 2º 3º Atalho Atalho Prof Eduardo Monteiro MSc 87 IEC PUC Minas Superfície de Pesquisa Entrada e Saída 1º 4º 2º 3º 5º 6º É possível digitar o intervalo de busca como mostrado abaixo ou clicar com o mouse no ponto de partida segurar e arrastar até o ponto final de sua superfície Prof Eduardo Monteiro MSc 88 IEC PUC Minas Superfície de Pesquisa Entrada e Saída A superfície de pesquisa aparece na seção como mostrado abaixo Clique segure e arraste até o ponto final Clique segure e arraste até o ponto final Prof Eduardo Monteiro MSc 89 IEC PUC Minas Executar Após a conferência dos passos anteriormente realizados iniciase a solução da análise 2º 1º Prof Eduardo Monteiro MSc 90 IEC PUC Minas Fator de Segurança Ainda em resultados para melhor visualização do fator de segurança obtido na análise fazer as seguintes alterações 1º 2º Atalho 3º 4º Fechar 5º Prof Eduardo Monteiro MSc 91 IEC PUC Minas Fator de Segurança O fator de segurança aparecerá com os três algarismos significativos Prof Eduardo Monteiro MSc 92 IEC PUC Minas Análise dos Resultados Gráfico O programa Slope permite a criação de gráficos para analisar alguns parâmetros Elaborar o gráfico da poropressão ao longo da superfície crítica Nota As poropressões foram importadas da análise em regime permanente no SEEPW 1º 2º Atalho 3º 4º 5º Prof Eduardo Monteiro MSc 93 IEC PUC Minas Gráfico Poropressão 1º 2º 3º 4º O gráfico então será gerado na janela ao lado Prof Eduardo Monteiro MSc 94 IEC PUC Minas Poropressão Prof Eduardo Monteiro MSc 95 IEC PUC Minas Exercícios 1 Avaliar o posicionamento da superfície freática para condição de anisotropia do aterro igual a 01 Comente o resultado 2 Determinar a vazão que passa pelo barramento considerando o modelo somente saturado para o aterro Comentar o resultado 3 Avaliar a estabilidade do barramento para condição de anisotropia do aterro igual a 01 Comentar o resultado Prof Eduardo Monteiro MSc 96 IEC PUC Minas Exercício 1 Comentário para condição da razão de anisotropia igual a 01 o modelo indica ocorrência de surgência no talude de jusante Prof Eduardo Monteiro MSc 97 IEC PUC Minas Exercício 2 Vazão Vazão de Água m³seg Tempo d 1e08 2e08 3e08 4e08 5e08 0 1 0 1 37e8 m3s 29e8 m3s Comentário o resultado mostra um aumento de 27 na vazão ao adotar o modelo Saturado para o Aterro Prof Eduardo Monteiro MSc 98 IEC PUC Minas Exercício 3 Comentário no caso em questão o reposicionamento da linha freática reduz o fator de segurança em 25 mantendo FS150 Este resultado sugere que a estrutura atende aos critérios de estabilidade porém é um equívoco pois a surgência pode levar o barramento à ruptura por erosão retrogressiva assim como erosão progressiva de face jusante Prof Eduardo Monteiro MSc 99