Determination of the uplift pressure in rock foundation and its effects on concrete dam stability analyses

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2011.Dentre os esforços atuantes em uma barragem, a determinação das pressões nas fundações causadas pelo fluxo de água consiste em um dos maiores problemas no que diz respeito a obras hidráulicas. Análises de percolação bidimensionais em fundações de barragens têm sido frequentemente realizadas assumindo que o corpo da barragem é impermeável e que o maciço de fundação é um meio homogêneo e isotrópico. Tais análises cada vez mais se distanciam dos maciços rochosos, por muitas vezes, encontrados nas fundações de barragens ora em construção no Brasil, as quais são localizadas em vales semi-encaixados e fundadas em maciços rochosos fraturados e muitas vezes intemperizados. Tanto os drenos, a posição das galerias de drenagem, a geometria do próprio barramento e a forma do vale, que condiciona a distribuição de tensões, em que se encontra fazem com que seja um problema de natureza tridimensional requerendo, portanto, uma simulação numérica equivalente. Dessa forma, essa pesquisa foi implementada com base na comparação de análises de estabilidade por métodos bidimensionais e tridimensionais, utilizando-se a Barragem de Serra do Facão como inspirador visto que se encontra com condições de carregamento essencialmente tridimensionais como a localização em um vale semi-encaixado, condicionando a distribuição de tensões, bem como assente sobre maciço rochoso fraturado. Além disso, a existência de instrumentação permitiu a realização de um mapeamento de subpressões atuantes e, assim, a comparação com valores de subpressão determinados de acordo com as metodologias tradicionalmente sugeridas. Com isso foi possível verificar a influência dos diferentes valores de subpressão nas análises de estabilidade bem como os efeitos benéficos da análise 3D na avaliação do fator de segurança. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACTAmong the active stresses in dams, the determination of the uplift forces required for stability analyses is one of the biggest problems for the design of hydraulic dam structures. Usually two-dimensional analyses of seepage through concrete dam foundations assume continuous and isotropic conditions for the rock permeability. Such analysis is increasingly distant from the rock conditions found in dam foundations now under construction in Brazil, which are located in narrow valleys founded in fractured rock masses and often weathered. The drains, the position of the drainage galleries, the dam geometry itself and the shape of the valley, which determines the stress distribution, makes it a three-dimensional problem, which requires an equivalent numerical simulation. Thus, this research has been implemented based on the comparison of stability studies for two-dimensional and three-dimensional methods using Serra do Facão Dam as inspiring case-study, since it has essentially three-dimensional loading conditions and is located in a narrow valley, as well as based on fractured rock mass. Besides, the existence of piezometric instrumentation allowed the realization of a mapping of active uplift and the comparison with values of uplift pressure determined in accordance with the traditionally suggested methods. It was then possible to verify the influence of uplift pressure in the stability analysis and the beneficial effects of the 3D analysis in evaluating the factor of safety